摘要：第一作者：Ruo-Yao Sun，Ze-Yu Hou，Qing Chen通讯作者：Jing-Kai Qin，Cheng-Yan Xu，Fei-Chi Zhou通讯单位：哈尔滨工业大学，南方科技大学DOI: 10.1002/adma.202409017
第一作者：Ruo-Yao Sun，Ze-Yu Hou，Qing Chen
通讯作者：Jing-Kai Qin，Cheng-Yan Xu，Fei-Chi Zhou
通讯单位：哈尔滨工业大学，南方科技大学
DOI: 10.1002/adma.202409017
神经启发的神经形态设备与数据存储和处理相结合，有望满足物联网（IoT）时代边缘计算硬件在本地处理大量实时数据的日益增长的需求。作为代表性的非易失性存储器（NVM）器件，忆阻器基于导电沟道的形成来工作。调节离子或缺陷的迁移动力学，如离子源的定位和导电路径的控制，可以促进内存计算中多级电阻状态的可重复切换。忆阻器最初是在几十年前提出的，近年来随着人工智能（AI）的指数级发展，忆阻器取得了长足的进步。忆阻器的优点，如高存储密度和低功耗，使其非常适合作为人工智能芯片的构建块，从而简化了智能应用的边缘计算硬件。然而，最先进的忆阻器垂直集成在具有两个终端的交叉开关配置中，其中结构约束在很大程度上限制了硬件实现处理复杂边缘计算场景的时空信息，这极大地阻碍了人工智能的发展。
作为边缘计算场景中的一项重要任务，方向处理涉及复杂的空间重建数据，而缺乏方向选择能力的传统忆阻器无法实现。与垂直忆阻器相比，平面器件为架构创新提供了额外的自由度，多功能的单片集成可以大大促进神经形态硬件的实现，以处理与方向相关的复杂数据。低维范德华（vdW）晶体被认为是制造平面忆阻器的理想候选者，其中层间间隙为离子迁移或导电丝形成提供了高度受限的空间，从而为神经形态计算提供了强大的电阻切换（RS）。利用低对称vdW晶体中绝热能垒的差异性可以促进紧凑忆阻器中电导的各向异性调制。尽管有早期的尝试，但大多数vdW晶体对离子扩散的方向选择性较弱，相关的忆阻器通常性能较差，电导调制的各向异性也不令人满意。忆阻材料和具有取向选择性的NVM器件的发展滞后，严重阻碍了神经形态硬件的智能应用。因此，迫切需要寻找新的低对称性材料来开发各向异性NVM器件，并扩展处理复杂边缘计算场景任务的通用性。
33），代表了一类具有内在各向异性的材料。原子在一个方向上共价键合成1D棱柱链，然后平行于单斜晶胞堆积。独特的准1D vdW性质有望保证空位或离子的优选迁移路径，从而允许导电丝的方向控制和生长。此外，还可以预期物理性质的大各向异性，如光学晶格振动、电输运和传质。本文亮点
1. 本工作展示了一种基于锂化NbSe3纳米片的平面配置的各向异性电阻开关电池。
2. 得益于与准1D范德华结构相关的高度对齐的扩散沟道，沿NbSe3原子链图案化的忆阻器具有出色的稳定性，特别是低置位/复位电压（0.4 V/-0.36 V）和极小的标准偏差（0.041 V/0.051 V），与最先进的器件相比，具有最佳的存储切换行为。
3. 与传统的电阻转换材料不同，NbSe3晶体中的各向异性离子迁移导致电导更新中的高取向选择性。
4. 定制设计的神经形态硬件有助于实现自动驾驶应用的全方位运动识别，考虑到变化，准确率高达95.9%。
图文解析
图2. 沿一维原子链图案化的忆阻器的RS行为。a） 平面忆阻器的I-V曲线循环。插图显示了双端忆阻器的光学显微镜（OM）图像和相应的AFM形貌图像。b） 与I-V曲线对应的设定和复位电压的统计分布。c） 跨多个操作周期的不同操作状态的统计分析。d） 电阻状态的循环稳定性。e） 与具有不同沟道长度的忆阻器相关的Vset和Vreset的统计分析。f） 工作电压和标准偏差与文献的比较。g–i）C-AFM测试的实验装置和HRS和LRS的相应形貌图像。
来源：华算科技
