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郑州华晶金刚石股份有限公司

用石墨烯-金刚石连接模拟大脑功能

关键词 金刚石 , 石墨烯|2021-08-25 09:47:35|来源 科学探索X企鹅号
摘要 垂直排列石墨烯/金刚石结的光电突触功能示意图。日本名古屋大学(NagoyaUniversity)的研究人员通过设计垂直排列的石墨烯-钻石节点,将高性能计算提升到了一个新的水平。这种...

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       垂直排列石墨烯/金刚石结的光电突触功能示意图。日本名古屋大学(Nagoya University)的研究人员通过设计垂直排列的石墨烯-钻石节点,将高性能计算提升到了一个新的水平。这种节点模拟了人类大脑,与其他现代计算机相比,它提高了信息处理速度。来源:爱思唯尔/名古屋大学上田健二

       人类的大脑掌握着我们独特个性的秘密。但你知道吗,它也可以构成高效计算设备的基础?日本名古屋大学(Nagoya University)的研究人员最近展示了如何做到这一点,他们通过石墨烯-钻石连接模拟了人类大脑的一些功能。

       但是,为什么科学家要尝试模仿人类的大脑呢?今天,现有的计算机体系结构受到复杂数据的影响,限制了它们的处理速度。另一方面,人脑可以高效率地处理图像等高度复杂的数据。因此,科学家们试图建立“神经形态”架构来模拟大脑中的神经网络。

       记忆和学习的一个重要现象是“突触可塑性”,即突触(神经元连接)适应活动增加或减少的能力。科学家们试图用晶体管和“记忆电阻器”(可以储存电阻的电子存储设备)来再现类似的效果。最近开发的光控记忆电阻器,或“光敏电阻器”,既能检测光又能提供非易失性记忆,类似于人类的视觉感知和记忆。这些优异的性能打开了一扇门,一个全新的世界的材料可以作为人工光电突触!

       这激发了来自名古屋大学的研究团队设计石墨烯-金刚石连接,可以模仿生物突触的特征和关键的记忆功能,为下一代图像传感记忆设备打开了大门。在最近发表在《碳》杂志上的一项研究中,由上田健二博士领导的研究人员展示了利用垂直排列的石墨烯(VG)和钻石之间的连接进行光电控制的突触功能。这些连接模拟了生物突触功能,如在光脉冲刺激下产生“兴奋性突触后电流”(EPSC)——突触膜上的神经递质引起的电荷,并表现出其他基本的大脑功能,如从短期记忆(STM)到长期记忆(LTM)的转变。

       上田博士解释说:“我们的大脑具备筛选可用信息并储存重要信息的能力。我们尝试了与VG-diamond阵列类似的方法,模拟人类大脑在视觉刺激下的状态。”他补充说:“这项研究是由2016年的一项发现引发的,当时我们发现石墨烯-金刚石结的光学导电性发生了很大的变化。”除了EPSC、STM和LTM外,这些连接还显示出300%的成对脉冲促进作用——当突触前紧密相连时,突触后电流增加。

       在偏置电压下,vg -金刚石阵列在荧光灯和蓝色led的诱导下发生氧化还原反应。研究人员将此归因于不同的石墨烯杂化碳原子的存在和钻石的连接接口,导致光和离子迁移的反应反过来允许连接执行式photo和photo-controllable功能类似于由大脑和视网膜。此外,VG-diamond阵列在光敏性和结构简单性方面超过了传统的稀有金属光敏材料。

       上田博士说:“我们的研究为人工光电突触行为背后的工作机制提供了更好的理解,为光学可控的模拟大脑的计算机比现有计算机具有更好的信息处理能力铺平了道路。”

       下一代计算机的未来可能已经不远了。

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