日前，中國科學技術大學郭光燦院士團隊孫方穩課題組和國家同步輻射實驗室/核科學技術學院鄒崇文課題組合作，制備了基于二氧化釩相變薄膜的類腦神經元器件，并利用金剛石中氮-空位色心作為固態自旋量子傳感器探測了神經元突觸在外部刺激下的動態連接，展示了類腦神經系統中多通道信號傳遞和處理過程。相關研究成果近日發表于國際期刊《科學進展》上。
類腦神經元器件，即通常所說的類腦芯片，是指利用神經形態器件去模擬人腦中的神經元、突觸等基本功能，再進一步將這些神經形態器件聯結成人工神經網絡，以模擬“大腦”的信息處理和存儲等復雜功能。
二氧化釩作為典型的氧化物量子材料，在近室溫附近具有可逆的絕緣-金屬相變，是制備高開關比突觸器件的理想材料。本研究中，課題組研究人員基于近十年二氧化釩的研究基礎，利用氧化物分子束外延設備克服了高純相結構的單晶二氧化釩薄膜的制備瓶頸，從而直接模擬了神經元之間的突觸動態連接過程。
此外，對于神經元突觸單元之間的動態連接過程，實驗人員創新性利用金剛石中氮-空位色心進行量子傳感成像，清晰揭示了基于二氧化釩類腦神經系統中多通道信號處理和傳導途徑與外在刺激之間的關聯，為構筑大規模人工突觸分層組織和神經形態結構提供了直接的實驗依據。
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