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拓撲世界“新交規(guī)”！南京大學提出新型類腦計算方案
2024年07月08日 10:12:01
來源：化工儀器網(wǎng) 點擊量：9553
南京大學研究團隊的這一成果不僅在科學上具有重要的理論意義，還在技術(shù)應(yīng)用上展現(xiàn)出廣闊的前景。
【化工儀器網(wǎng) 項目成果】南京大學物理學院繆峰教授、梁世軍副教授團隊聯(lián)合南京理工大學程斌教授通過構(gòu)筑特殊堆垛構(gòu)型的魔角石墨烯器件，觀測到電子型鐵電性與拓撲邊界態(tài)的共存，并基于可選擇的準連續(xù)鐵電開關(guān)，首次提出了噪聲免疫的類腦計算方案，該工作為開發(fā)基于拓撲邊界態(tài)的新型低功耗電子器件開辟了全新的技術(shù)路線。
傳統(tǒng)半導體芯片中的電子傳輸常受到散射作用，導致能量損耗大且效率低下就像在繁忙十字路口行駛的車輛，其運動軌跡往往是不規(guī)則的折線。相比之下，拓撲量子材料中的拓撲邊界態(tài)則如同電子傳輸?shù)?ldquo;高速公路”，運動軌跡是一條直線，這種運動方式排除了外界的干擾，實現(xiàn)低能耗的直線傳輸。“做一個大膽的猜測，如果這種電子傳輸?shù)?lsquo;高速公路’能夠按需改變‘車流量’，也就是調(diào)控電子傳輸?shù)?lsquo;流量’，就有望實現(xiàn)其在低功耗電子器件中的應(yīng)用。”繆峰說。
莫爾超晶格材料是一類通過構(gòu)筑特殊的二維材料異質(zhì)結(jié)界面結(jié)構(gòu)所形成的材料體系，在其界面處具有晶格常數(shù)遠大于初始二維材料的“超級”晶格。團隊構(gòu)建了一個全新的莫爾異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，通過一步步實驗，實現(xiàn)了陳數(shù)的非易失開關(guān)，這意味著鐵電陳絕緣體器件具有利用拓撲邊界態(tài)，實現(xiàn)信息存儲和運算功能的潛力。之后，研究團隊在魔角雙層石墨烯器件中實現(xiàn)了準連續(xù)鐵電態(tài)的開關(guān)功能。
最后，研究團隊利用鐵電陳絕緣體的拓撲邊界態(tài)作為信息載體，提出了噪聲免疫的類腦計算方案。其研究結(jié)果表明，相比于傳統(tǒng)的ReRAM器件，基于鐵電陳絕緣體器件的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有對噪聲免疫的特性，這表明拓撲保護的量子邊界態(tài)在類腦計算中具有巨大應(yīng)用潛力。
南京大學研究團隊的這一成果不僅在科學上具有重要的理論意義，還在技術(shù)應(yīng)用上展現(xiàn)出廣闊的前景。首先，它推動了拓撲量子材料在電子器件領(lǐng)域的應(yīng)用研究，為開發(fā)新型低功耗電子器件提供了新的思路和方法。其次，噪聲免疫的類腦計算方案為未來人工智能和神經(jīng)形態(tài)計算的發(fā)展提供了強有力的硬件支持，有望在未來實現(xiàn)更高效、更穩(wěn)定的計算系統(tǒng)。最后，這一成果還促進了物理學、材料科學和計算機科學等多個學科的交叉融合，為科學研究的深入發(fā)展提供了新的動力。
相關(guān)研究成果Selective and quasi-continuous switching of ferroelectric Chern insulator devices for neuromorphic computing于近日發(fā)表在國際學術(shù)期刊《自然·納米技術(shù)》(Nature Nanotechnology)。
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