南開大學(xué)電子信息與光學(xué)工程學(xué)院光電子所徐文濤教授課題組聯(lián)合李躍龍副教授課題組，針對后摩爾時代關(guān)鍵器件能耗問題，首次提出基于室溫結(jié)晶鈣鈦礦半導(dǎo)體薄膜的超快響應(yīng)人工突觸器件并深入研究了其背后的載流子遷移動力學(xué)。該研究以“A Bioinspired Flexible Neuromuscular System Based Thermal-Annealing-Free Perovskite with Passivation”為題發(fā)表在國際著名學(xué)術(shù)期刊《自然·通訊》（Nature Communications）上。

相較于傳統(tǒng)硅基計算機(jī)，得益于存-算一體的架構(gòu)和分布式處理的邏輯，人腦只需更低能耗便可解決相同的處理任務(wù)。因此，類腦計算成為打破后摩爾時代瓶頸的最佳解決方案之一，人工突觸是類腦仿生系統(tǒng)組成和功能的基礎(chǔ)單位器件，其運行速度和能耗大小對系統(tǒng)性能有著舉足輕重的影響。

徐文濤教授團(tuán)隊和李躍龍副教授團(tuán)隊共同提出一種無需退火工藝的鈣鈦礦基柔性人工突觸器件，通過新的全室溫結(jié)晶鈣鈦礦半導(dǎo)體有源層解決方案，得到高質(zhì)量00l取向鈣鈦礦薄膜，規(guī)范了載流子遷移路徑，輔以鈍化工藝，進(jìn)一步減小空位等缺陷密度，成功打破了兩端突觸器件的最低能耗世界紀(jì)錄，實現(xiàn)了每次脈沖尖峰下13.5aJ（即不到一粒大米熱量的1/1018）的超低能耗和高達(dá)4.17MHz的超快穩(wěn)定響應(yīng)頻率。

在成功實現(xiàn)塑性調(diào)節(jié)、邏輯運算、時空關(guān)聯(lián)信息處理和關(guān)聯(lián)學(xué)習(xí)等重要神經(jīng)功能的基礎(chǔ)上，團(tuán)隊成功以此器件為信息處理核心，構(gòu)建了具有肌肉疲勞感知功能的神經(jīng)肌肉系統(tǒng)（Neuromuscular System），對外周神經(jīng)反射弧修復(fù)再生、神經(jīng)形態(tài)軟體機(jī)器人以及物理智能（Physical Intelligence ，PI）等領(lǐng)域發(fā)展具有重要意義。

該論文第一作者為光電子所劉甲奇和龔江東兩位博士生，徐文濤教授、李躍龍副教授為論文共同通訊作者。該研究工作獲國家杰出青年科學(xué)基金、科技部重點研發(fā)計劃、天津市杰出青年科學(xué)基金，國家自然科學(xué)基金等支持。（電子信息與光學(xué)工程學(xué)院供稿）