垂直排列石墨烯/金剛石結(jié)的光電突觸功能示意圖。日本名古屋大學(xué)(Nagoya University)的研究人員通過設(shè)計垂直排列的石墨烯-鉆石節(jié)點(diǎn)，將高性能計算提升到了一個新的水平。這種節(jié)點(diǎn)模擬了人類大腦，與其他現(xiàn)代計算機(jī)相比，它提高了信息處理速度。來源:愛思唯爾/名古屋大學(xué)上田健二

       人類的大腦掌握著我們獨(dú)特個性的秘密。但你知道嗎，它也可以構(gòu)成高效計算設(shè)備的基礎(chǔ)?日本名古屋大學(xué)(Nagoya University)的研究人員最近展示了如何做到這一點(diǎn)，他們通過石墨烯-鉆石連接模擬了人類大腦的一些功能。

       但是，為什么科學(xué)家要嘗試模仿人類的大腦呢?今天，現(xiàn)有的計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)受到復(fù)雜數(shù)據(jù)的影響，限制了它們的處理速度。另一方面，人腦可以高效率地處理圖像等高度復(fù)雜的數(shù)據(jù)。因此，科學(xué)家們試圖建立“神經(jīng)形態(tài)”架構(gòu)來模擬大腦中的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。

       記憶和學(xué)習(xí)的一個重要現(xiàn)象是“突觸可塑性”，即突觸(神經(jīng)元連接)適應(yīng)活動增加或減少的能力?？茖W(xué)家們試圖用晶體管和“記憶電阻器”(可以儲存電阻的電子存儲設(shè)備)來再現(xiàn)類似的效果。最近開發(fā)的光控記憶電阻器，或“光敏電阻器”，既能檢測光又能提供非易失性記憶，類似于人類的視覺感知和記憶。這些優(yōu)異的性能打開了一扇門，一個全新的世界的材料可以作為人工光電突觸!

       這激發(fā)了來自名古屋大學(xué)的研究團(tuán)隊設(shè)計石墨烯-金剛石連接，可以模仿生物突觸的特征和關(guān)鍵的記憶功能，為下一代圖像傳感記憶設(shè)備打開了大門。在最近發(fā)表在《碳》雜志上的一項研究中，由上田健二博士領(lǐng)導(dǎo)的研究人員展示了利用垂直排列的石墨烯(VG)和鉆石之間的連接進(jìn)行光電控制的突觸功能。這些連接模擬了生物突觸功能，如在光脈沖刺激下產(chǎn)生“興奮性突觸后電流”(EPSC)——突觸膜上的神經(jīng)遞質(zhì)引起的電荷，并表現(xiàn)出其他基本的大腦功能，如從短期記憶(STM)到長期記憶(LTM)的轉(zhuǎn)變。

       上田博士解釋說:“我們的大腦具備篩選可用信息并儲存重要信息的能力。我們嘗試了與VG-diamond陣列類似的方法，模擬人類大腦在視覺刺激下的狀態(tài)?！彼a(bǔ)充說:“這項研究是由2016年的一項發(fā)現(xiàn)引發(fā)的，當(dāng)時我們發(fā)現(xiàn)石墨烯-金剛石結(jié)的光學(xué)導(dǎo)電性發(fā)生了很大的變化?！背薊PSC、STM和LTM外，這些連接還顯示出300%的成對脈沖促進(jìn)作用——當(dāng)突觸前緊密相連時，突觸后電流增加。

       在偏置電壓下，vg -金剛石陣列在熒光燈和藍(lán)色led的誘導(dǎo)下發(fā)生氧化還原反應(yīng)。研究人員將此歸因于不同的石墨烯雜化碳原子的存在和鉆石的連接接口,導(dǎo)致光和離子遷移的反應(yīng)反過來允許連接執(zhí)行式photo和photo-controllable功能類似于由大腦和視網(wǎng)膜。此外，VG-diamond陣列在光敏性和結(jié)構(gòu)簡單性方面超過了傳統(tǒng)的稀有金屬光敏材料。

       上田博士說:“我們的研究為人工光電突觸行為背后的工作機(jī)制提供了更好的理解，為光學(xué)可控的模擬大腦的計算機(jī)比現(xiàn)有計算機(jī)具有更好的信息處理能力鋪平了道路。”

       下一代計算機(jī)的未來可能已經(jīng)不遠(yuǎn)了。