MoSe2-ZnO纳米异质结构阻变动力学在高效能神经形态计算中的应用研究

为解决传统冯·诺依曼架构的能效瓶颈，研究人员通过水热法合成MoSe2-ZnO纳米异质结构，开发了Ag/MoSe2-ZnO/FTO忆阻器。该器件在±1 V低电压下实现稳定模拟阻变(ARS)，成功模拟突触可塑性（如长时程增强LTP/抑制LTD），并通过Ag+导电细丝与电荷捕获协同机制，为神经形态计算提供了高能效硬件解决方案。

　　

随着人工智能算力需求爆发式增长，传统计算架构的"内存墙"问题日益凸显。神经形态计算通过模拟生物大脑的并行处理机制，有望突破这一瓶颈，而实现这一目标的核心在于开发能模拟突触行为的电子器件。忆阻器因其非易失性阻变特性和与CMOS工艺的兼容性，被视为构建人工突触的理想载体。然而，现有忆阻器材料普遍面临操作电压高、耐久性不足或突触功能模拟不精准等问题。

针对这些挑战，印度Rajiv Gandhi大学的研究团队创新性地将二维半导体材料MoSe₂与宽禁带半导体ZnO结合，通过水热法构建了纳米异质结构，并制备了Ag/MoSe₂-ZnO/FTO三明治结构忆阻器。该研究发表在《Sensors and Actuators A: Physical》上，首次揭示了这种异质结构在超低电压(±1 V)下的双模阻变机制，为开发高能效神经形态芯片提供了新材料体系。

关键技术包括：X射线衍射(XRD)和拉曼光谱确认晶体结构；场发射扫描电镜(FESEM)和高分辨透射电镜(HRTEM)表征形貌；X射线光电子能谱(XPS)分析元素化学态；通过直流脉冲测试评估突触可塑性；采用双对数I-V曲线解析导电机制。

【Microstructural properties】
XRD与拉曼分析证实成功合成六方相MoSe₂和纤锌矿ZnO，异质结构中观察到Mo-Se键(226 cm^-1)和Zn-O键(437 cm^-1)特征峰。HRTEM显示MoSe₂层间距0.65 nm与ZnO(101)晶面共存，EDS图谱证实元素均匀分布。

【结论】
该研究通过Ag/MoSe₂-ZnO/FTO忆阻器实现了三大突破：1) 在1 μs脉冲下完成突触权重调节，比生物突触快6个数量级；2) 通过Ag⁺细丝与界面陷阱协同作用，使操作电压降低至±1 V；3) 器件在10⁴次循环后仍保持92%性能。这种异质结构设计为开发兼具低功耗和高可靠性的神经形态硬件提供了新思路，特别适用于边缘智能设备的嵌入式应用。

讨论部分指出，MoSe₂的硒空位和ZnO氧空位共同构建了多级能阱，而范德瓦尔斯间隙促进了Ag⁺迁移。未来通过调控ZnO掺杂浓度，可进一步优化电荷捕获深度，这对实现更复杂的脉冲时序依赖可塑性(STDP)学习规则具有重要指导意义。