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[材料资讯] 成会明、刘碧录团队开发出基于二维矿物材料RRAM器件的非马尔可夫链

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发表于 2021-6-16 14:34:50 | 显示全部楼层 |阅读模式
非马尔可夫(non-Markov chain)过程对于实现数据预测等复杂算法具有重要意义。在非马尔科夫链中,下一状态不仅与当前状态相关, 还与上一状态转换到当前状态的路径相关。相比于马尔科夫链,非马尔可夫链更接近现实,准确度更高,更有利于实现数据预测等复杂算法。对于传统器件,实现该功能需要集成大量晶体管和存储元件,由此带来的结构复杂、功耗高等问题。基于二维材料的RRAM器件因其高操作速度、高集成密度、以及其在算法中的应用潜力,逐渐受到学者的广泛关注。目前已有工作利用二维RRAM器件实现马尔可夫过程相关功能,但想要通过二维RRAM器件实现更加复杂的算法,需要RRAM具备实现非马尔可夫过程的能力,因此还需要进一步的探索。
         近日,清华大学深圳国际研究生院材料研究院成会明刘碧录团队使用二维矿物材料云母制备了双端RRAM器件,并利用材料内部钾离子的迁移这一特性,首次在单片RRAM器件中实现了非马尔可夫链功能。本文以二维云母为中间层,上下两层石墨为电极,形成三明治结构的RRAM器件。在-2~2V和-5~5V两种电压扫描测试条件下,器件分别展示单窗口阻变和双窗口阻变行为,多样的电流-电压特性有利于实现基于电场调控的多功能化。该器件表现出了高开关比(103)、高循环稳定性(可循环超过200次)和长时间稳定性(持续时间大于108秒)等特点。并且在电压调控作用下,器件能够产生三种电阻态:即绝缘态、低阻态、高阻态。电压改变会导致三种阻态之间的切换,初始电阻态不仅会对下一次阻态有影响,同时也能对第二次阻态产生影响,从而在二维云母RRAM器件中实现了非马尔可夫链功能。
本研究展示了二维矿物材料RRAM器件在电场调控下的阻变特性,揭示了其阻变原理,对于基于二维材料的器件实现非马尔可夫链提出了可行的方法,对未来人工智能和大数据算法等领域有启示意义。

二维云母矿物

二维云母矿物
基于二维云母矿物中的内部离子迁移形成的RRAM器件及其电学特性

二维云母矿物

二维云母矿物
在单片二维矿物材料RRAM中实现非马尔可夫链功能
        关成果近日以“基于二维矿物材料的RRAM器件实现非马尔可夫链功能”(Realization of a non-markov chain in a single 2D mineral RRAM)为题发表在《科学通报》(Science Bulletin)上。清华大学深圳国际研究生院成会明教授和刘碧录副教授为本文通讯作者,清华-伯克利深圳学院19级博士研究生张荣杰和博士后陈文骏为本文共同第一作者,论文作者还包括深圳大学助理教授廖武刚、清华-伯克利深圳学院18级博士生滕长久。
        原文链接:https://doi.org/10.1016/j.scib.2021.04.025


         文章来源:清华大学
       刘碧录,清华大学-伯克利深圳学院特别研究员、博士生导师。2006年本科毕业于中国科技大学材料化学专业, 2012年获中科院金属研究所材料学博士学位。2012年5月至2016年5月,在美国南加州大学电子工程系从事博士后研究,后任研究助理教授,自2016年6月起加入清华大学-伯克利深圳学院低维材料与器件实验室。刘碧录教授的主要研究方向是碳纳米管、二维材料等低维半导体材料的生长机理、可控制备及器件应用。共发表学术论文60余篇,论文被引用8000余次,H因子为40。获得国家基金委优秀青年科学基金(2017年)、“中国科学院院长特别奖”等荣誉与奖励。
       成会明,炭材料科学家。中国科学院金属研究所研究员。1963年10月生于四川省巴中市,籍贯四川省蓬安县。1984年毕业于湖南大学化工系,1987年、1992年在中科院金属研究所获硕士和博士学位。主要从事先进炭材料的研究。提出了浮动催化剂化学气相沉积、非金属催化剂化学气相沉积制备碳纳米管等方法,促进了碳纳米管的研究与应用。提出了模板导向化学气相沉积等方法,制备出石墨烯三维网络结构材料、毫米级单晶石墨烯,发展了石墨烯材料的宏量制备技术。提出了可高效储能的层次孔材料设计和电化学电位调控的思路,制备出一系列新型能量转化与储存材料。研制出块体各向同性热解石墨材料,批量应用于多项重点工程。曾获国家自然科学二等奖、国防科技进步二等奖、何梁何利科学与技术进步奖、美国碳学会Charles E. Pettinos奖等。

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