Advanced Materials I 2022年帕克AFM奖学金第三位奖学金获得者公布

Advanced Materials Volume 34, Issue 20 (May 19, 2022封面图片）

  今日阿卜杜拉国王科技大学(KAUST)的Mario Lanza教授和河南大学的张治军教授团队在《Advanced Materials》发表了重要的研究成果：表面改性铜纳米颗粒，呈现了超低开关电压的阻变特性。本论文的第一作者刘培松博士荣获2022年帕克AFM奖学金。

  该研究成果原题为 《Nano-memristors with 4 mV switching voltage based on surface-modified copper nanoparticles》。河南大学纳米材料工程中心青年教师刘培松博士和郑州大学材料科学与工程学院研究员惠飞博士为论文共同第一作者，阿卜杜拉国王科技大学Mario Lanza教授为通讯作者。河南大学张治军教授和巴塞罗那自治大学Enrique Miranda共同合作与指导，河南大学为第一署名单位。原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202201197

  在仿生科技领域中，忆阻型电子突触是一种可用于模拟生物神经突触行为的电学仿生器件，不仅能用于构建类脑计算的人工神经网络，还能满足人工智能时代数据爆炸式增长的存储需求。开发开关电压低于50 mV的忆阻器可以有效避免多种电路中信号放大问题，如神经元和神经网络电路中需要的生物电子突触。

  鉴于此，河南大学研究团队及其合作者选用了二烷基二硫代磷酸锌（ZDDP）为改性剂，制备了单分散铜纳米粒子（DDP-CuNPs）。DDP以物理吸附和配位键合（Cu-S键）两种状态结合在CuNPs表面，从而获得了稳定的电学特性忆阻器，有助于微调忆阻器的电学特性（如切换电压和电流）。

Park NX-Hivac原子力显微镜

  可喜的科研成果背后离不开帕克AFM的惊喜助攻。“NX-Hivac AFM是一台兼非接触，轻敲、接触等形貌测量模式、大电流测试范围（pA~mA）、高真空（~10-6 torr）和高温（<600℃）四个模式为一体的SPM。在最初的研究工作中，我们只是想利用NX-Hivac AFM简单地表征一下表面改性铜纳米颗粒的形貌和电学性质。然而，在一次偶然的I-V测试中，我们首次观察到了迄今为止最低电压的阻变现象，并在NX-Hivac AFM的帮助下采集了600个I-V曲线，重复性很好。”刘培松博士介绍道。

  在Pt/DDP-CuNPs/Au纳米忆阻器的结构表征与电学性质测试中，该团队以DDP-CuNPs为介电层，金（Au）为底电极、导电原子力显微镜探针（Pt）为顶电极，构筑了Pt/DDP-CuNPs/Au器件。器件尺寸小于50 nm2，在4 mV超低开关电压下表现出阈值型阻变特性。在数百个循环测试周期中具有超低的可变性，创造了忆阻器开关电压最低值的新纪录。

  该团队通过原子理论计算（DFT）研究了Pt/DDP-CuNP/Au纳米器件展现的挥发性阈值阻变物理和化学机制。DFT模拟显示：呈现阈值性阻变应该与金属Cu-S配位键的性质有关。仿真电路模拟器（SPICE）对所制备Pt/DDP-CuNPs/Au忆阻器的电路级别模拟表明：低电压Pt/DDP-CuNPs/Au忆阻器能以较高的精确度（>91.33%）和较低的功耗（< 1fJ）对图像进行分类，功耗比已报道开关电压为40 mV忆阻器的低约10倍。该项研究在脉冲神经网络应用中意义非凡。

  刘培松博士表示：“接下来希望继续使用该型号设备研究其他类型有机-无机杂化材料的电学性质。”这无疑给帕克更大的信心去研制更加简便精准、功能丰富并且与时俱进的AFM，以服务更多研究者，助力世界科研。

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