近日，我院物理系李莹副教授研究团队在新型自支撑单晶氧化物薄膜基人工突触忆阻器研究中取得重要进展，相关成果以“An artificial memristor synapse by transferring and stacking freestanding single-crystalline SrTiO_3-δ film for neuromorphic computing”为题发表于材料科学领域的Top期刊ACS Applied Materials & Interfaces（JCR一区，中科院二区Top期刊，影响因子8.3），论文的第一作者为武科大理学院物理系2022级硕士研究生陈炫庄，其导师李莹副教授为通讯作者，哈尔滨工业大学吕伟明教授为共同通讯作者，武汉科技大学为论文第一单位。

研究背景：随着电子器件及设备技术的发展，如何在传统半导体基底如硅基衬底上实现单晶氧化物薄膜的制备、并自上而下构筑功能器件是目前科学家关注的重要科学问题，新型柔性自支撑单晶氧化物薄膜基于其室温转移优势和强关联电子体系的新颖物性，在组装构建新型氧化物电子器件领域具有巨大的应用潜力。

研究亮点： 我院物理系李莹副教授团队与哈尔滨工业大学吕伟明教授团队合作，设计研发出一种基于自支撑单晶氧化物薄膜组装的新型人工突触忆阻器，该人工突触忆阻器器件表现出良好的阻变性能及神经突触行为。具体地，基于李莹副教授研究团队的前期研究工作（Stacking and twisting of freestanding complex oxide thin films, 2203187, Advanced Materials (2022). https://doi.org/10.1002/adma.202203187），本研究提出通过转移堆叠高质量单晶钛酸锶薄膜于导电玻璃ITO基底，组装制备出新型垂直叠层结构忆阻器器件（图1）。值得注意的是，该忆阻器表现出优越的阻变性能，包括接近10⁴的开关比、高于1000次的循环切换耐受度、长达10⁵ s的高低阻态保持特性和多级阻态调控效应（图2）。此外，在脉冲电压的刺激下，该忆阻器可模拟实现双脉冲易化、短时程可塑性（STP）、长时程可塑性(LTP)、脉冲频率依赖可塑性等关键神经突触性能，实现新型人工突触忆阻器的构建。团队基于该突触忆阻器进一步构建了储备池神经网络计算系统，实现高精度的手写数字识别，可靠率达到90%以上（图4）。本研究为开发新型氧化物薄膜功能器件提供了可行性策略，突破了传统氧化物薄膜器件的高温高压制备条件和外延生长基底的瓶颈限制，有望在新型氧化物半导体器件及神经突触模拟/神经网络计算等领域实现应用价值。

图文展示：

图1 本研究高质量自支撑单晶氧化物薄膜忆阻器的构建过程及高分辨透射电子显微镜HRTEM结构表征。

图2 本研究构筑的新型忆阻器器件的阻变性能优越。

图3 本研究构筑的新型忆阻器器件模拟神经突触的功能。

图4 该新型人工突触忆阻器被成功应用于神经网络计算及数字识别。

文章链接：Xuanzhuang Chen, Kai Huang, Jiahui Cai, Hong Fang, Jinrui Guo, Yujia He, Qibiao Luo, Qinglong Wang, Wenqi Gao, Jie Wang, Jiaqing Wang, Cong Wang, Hui Wang, Bin He, Ying Li*, Weiming Lv*. An artificial memristor synapse by transferring and stacking freestanding single-crystalline SrTiO_3-δ film for neuromorphic computing. ACS Appl. Mater. Interfaces (2025).  https://doi.org/10.1021/acsami.5c07364