研究發(fā)現(xiàn)離子導(dǎo)電聚合物可改善神經(jīng)形態(tài)器件的響應(yīng)時(shí)間

導(dǎo)讀

據(jù)日本東北大學(xué)官網(wǎng)近期報(bào)道，該校與英國(guó)劍橋大學(xué)的研究人員通過(guò)將聚合物 PSS-Na 與 PEDOT:PSS 混合到一起，來(lái)改善神經(jīng)形態(tài)器件的響應(yīng)速度。

背景

如今，數(shù)字計(jì)算機(jī)特別是超級(jí)計(jì)算機(jī)，已經(jīng)具備十分強(qiáng)大的計(jì)算能力。但是在處理模式識(shí)別、風(fēng)險(xiǎn)管理等復(fù)雜問(wèn)題時(shí)，即便是如今最強(qiáng)大的超級(jí)計(jì)算機(jī)，也不能像人腦那樣低能耗、高效率地執(zhí)行運(yùn)算并解決問(wèn)題。

20世紀(jì)80年代，美國(guó)加州理工學(xué)院的卡弗·米德（Carver Mead）提出了“神經(jīng)形態(tài)（neuromorphic）”這一觀點(diǎn)。神經(jīng)形態(tài)工程，也稱(chēng)為神經(jīng)形態(tài)計(jì)算，是利用具有模擬電路的超大規(guī)模集成電路（VLSI）來(lái)模仿人腦神經(jīng)系統(tǒng)，最終目標(biāo)是要制造一個(gè)仿真人腦的芯片或是電路。這門(mén)學(xué)科需要跨領(lǐng)域的合作，涉及生物學(xué)、物理學(xué)、數(shù)學(xué)及信息科學(xué)等眾多學(xué)科。

神經(jīng)形態(tài)計(jì)算是一種新的計(jì)算架構(gòu)，將存儲(chǔ)元件與計(jì)算元件整合到同一顆芯片中，突破了傳統(tǒng)“馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)”所帶來(lái)的“內(nèi)存墻”問(wèn)題，即內(nèi)存性能?chē)?yán)重限制CPU性能發(fā)揮的現(xiàn)象。

盡管近年來(lái)研究人員對(duì)于聚合物基神經(jīng)形態(tài)器件的興趣不斷增長(zhǎng)，但是他們尚未找到一種有效的方法來(lái)控制器件的響應(yīng)速度。

創(chuàng)新

然而，日本東北大學(xué)與英國(guó)劍橋大學(xué)的研究人員通過(guò)將聚合物 PSS-Na 與 PEDOT:PSS 混合到一起克服了這個(gè)障礙，發(fā)現(xiàn)添加離子導(dǎo)電聚合物可以改善神經(jīng)形態(tài)器件的響應(yīng)時(shí)間。

技術(shù)聚合物是由許多相同的小分子組成的長(zhǎng)鏈通過(guò)共價(jià)鍵連接而成的一大類(lèi)化合物，例如橡膠以及纖維素等。聚合物在我們的現(xiàn)代生活中起著十分重要的作用，從輪胎里的橡膠，到飲水用的瓶子，再到聚苯乙烯，到處都有聚合物的身影。將聚合物混合到一起，會(huì)導(dǎo)致生成一種具有獨(dú)特物理特性的新材料。關(guān)于聚合物基神經(jīng)形態(tài)器件的大多數(shù)研究都主要關(guān)注 PEDOT： PSS 的應(yīng)用，PEDOT： PSS 是一種既能輸運(yùn)電子又能輸運(yùn)離子的混合導(dǎo)體。而從另一方面說(shuō)，PSS-Na 只能輸運(yùn)離子。通過(guò)將這兩種聚合物混合到一起，研究人員可以改善器件活性層中的離子擴(kuò)散率。他們的測(cè)量結(jié)果證實(shí)了器件響應(yīng)時(shí)間的改善，最大程度可以縮短5倍。這個(gè)結(jié)果也證明，響應(yīng)時(shí)間與活性層中離子擴(kuò)散率之間關(guān)系有多么密切。價(jià)值日本東北大學(xué)生物分子工程研究生院生物分子工程系的論文合著者 Shunsuke Yamamoto 表示：“我們的研究為更深層次理解導(dǎo)電聚合物科學(xué)鋪平了道路。”他補(bǔ)充道：“展望未來(lái)，我們有可能創(chuàng)造出由多種神經(jīng)形態(tài)器件組成的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)?！?/p>