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光明日報合肥10月17日電（記者 丁一鳴）日前，中國科學技術(shù)大學郭光燦院士團隊孫方穩(wěn)課題組和國家同步輻射實驗室/核科學技術(shù)學院鄒崇文課題組合作，制備了基于二氧化釩相變薄膜的類腦神經(jīng)元器件，并利用金剛石中氮-空位色心作為固態(tài)自旋量子傳感器探測了神經(jīng)元突觸在外部刺激下的動態(tài)連接，展示了類腦神經(jīng)系統(tǒng)中多通道信號傳遞和處理過程。相關(guān)研究成果近日發(fā)表于國際期刊《科學進展》上。

類腦神經(jīng)元器件，即通常所說的類腦芯片，是指利用神經(jīng)形態(tài)器件去模擬人腦中的神經(jīng)元、突觸等基本功能，再進一步將這些神經(jīng)形態(tài)器件聯(lián)結(jié)成人工神經(jīng)網(wǎng)絡，以模擬“大腦”的信息處理和存儲等復雜功能。

二氧化釩作為典型的氧化物量子材料，在近室溫附近具有可逆的絕緣-金屬相變，是制備高開關(guān)比突觸器件的理想材料。本研究中，課題組研究人員基于近十年二氧化釩的研究基礎(chǔ)，利用氧化物分子束外延設備克服了高純相結(jié)構(gòu)的單晶二氧化釩薄膜的制備瓶頸，從而直接模擬了神經(jīng)元之間的突觸動態(tài)連接過程。

此外，對于神經(jīng)元突觸單元之間的動態(tài)連接過程，實驗人員創(chuàng)新性利用金剛石中氮-空位色心進行量子傳感成像，清晰揭示了基于二氧化釩類腦神經(jīng)系統(tǒng)中多通道信號處理和傳導途徑與外在刺激之間的關(guān)聯(lián)，為構(gòu)筑大規(guī)模人工突觸分層組織和神經(jīng)形態(tài)結(jié)構(gòu)提供了直接的實驗依據(jù)。

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