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拓撲世界“新交規(guī)”!南京大學(xué)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:9658

南京大學(xué)研究團隊的這一成果不僅在科學(xué)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(xué)物理學(xué)院繆峰教授、梁世軍副教授團隊聯(lián)合南京理工大學(xué)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(zhǔn)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(dǎo)體芯片中的電子傳輸常受到散射作用,導(dǎo)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(zhǔn)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(xué)研究團隊的這一成果不僅在科學(xué)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(xué)、材料科學(xué)和計算機科學(xué)等多個學(xué)科的交叉融合,為科學(xué)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(xué)術(shù)期刊《自然·納米技術(shù)》(Nature Nanotechnology)。
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