近日，山東大學物理學院鄭立梅教授團隊成功研發了一種具有高度生物擬真性的鐵電隧道結的人工神經突觸器件，該器件結合氧空位遷移和鐵電極化翻轉兩種阻變機制，在單一器件中同時實現了具有雙向弛豫特性的短期可塑性和具有自適應特性的長時可塑性。基于該器件的雙向弛豫特性，通過不同極性的電壓對視覺和聽覺感官信息進行編碼，成功實現了語音和圖片兩種信息模式的識別任務；基于該器件獨特的自適應長期可塑性，成功模擬了視覺皮層的方位識別和運動檢測功能。該研究成果以“An Adaptive Solid-state Synapse with Bi-directional Relaxation for Multimodal Recognition and Spatio-temporal Learning”為題發表在Advanced Materials期刊。山東大學物理學院教授鄭立梅、齊魯工業大學趙樂、英國巴斯大學教授Alain Nogaret、山東大學物理學院教授顏世申為共同通訊作者。山東大學物理學院碩士研究生聶仿，哈爾濱工業大學博士研究生房紅、王杰為共同第一作者。山東大學物理學院為第一單位。
 

圖1.基于鐵電隧道結憶阻器實現多模式識別和時空學習
 

　　大腦具有強大的信息處理能力，包括多種模式信息的感知、處理及時間、空間信息相關的學習能力等。這些功能的實現，依賴于多樣化的突觸可塑性機制。其中，長時程突觸可塑性被認為是學習和記憶的基礎，而短時程突觸可塑性則有助于時序信息的處理和適應性行為的產生。突觸可塑性在多個時間尺度上的共存，賦予了生物神經系統強大的適應性。在人工突觸器件的設計中，如何將長時和短時可塑性有效地整合到同一器件中，并通過它們的相互作用實現自適應長時可塑性，對模擬視覺皮層的時空學習功能具有重要意義。