基于表面离子迁移的氧化钒Debye长度内忆阻传感技术突破

为解决水溶液环境中Debye屏蔽效应限制电场作用范围、制约器件运行速度的难题，研究人员开发了一种基于氧化钒(VO2)的无外电压高速忆阻传感器。通过利用低功函数金属（如铟）与VO2接触产生的内置电场驱动离子迁移，成功诱导表面绝缘体-金属相变，实现溶液盐浓度的原位记忆式检测（memsensing），为微型化水生神经机器人提供了低功耗感知方案。

　　

水溶液中的静电相互作用常被移动电荷载体屏蔽（即Debye屏蔽效应），导致电场作用范围被限制在Debye长度内，这既制约了器件设计又降低了运行速度。有趣的是，这项研究巧妙利用内置电场将离子掺杂到氧化钒(VO₂)中，触发表面绝缘体-金属相变，从而实现了水溶液环境下的高速忆阻传感（memsensing）。

当VO₂与低功函数金属（如铟）在盐溶液中接触时，电化学反应产生的铟离子会在原生电场驱动下迁移至VO₂表面，引发VO₂表面从绝缘态到金属态的相变。VO₂电导率的变化速率直接反映了溶液盐浓度，这种特性使器件具备"记忆式传感"功能。研究人员还模仿秀丽隐杆线虫（C. elegans）的化学感应可塑性，用该传感器引导微型船只实现自适应趋化行为，展示了只需少量记忆单元的低功耗水生神经机器人技术。