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在二氧化钒中加入少量硼元素，可以让这种材料具备突触功能。
在每个清醒时刻，人类大脑都会处理大量数据，帮助人类理解周围世界。通过模拟人脑工作机制解决实际问题的神经形态系统，有望破解数字技术面临的困局，解决大数据分析和模式识别等问题。然而，人工系统想要更像人脑，就必须复制神经细胞在其终端（突触）的通讯方式。phys.org网站当地时间12月15日报道，美国德克萨斯农工大学（TAMU）的研究人员开发了一种可捕捉突触电活动模式的新材料。在由设备热历史决定的过渡温度下，这种类似变色龙的材料可以在金属和绝缘体之间振荡。相关论文发表在《美国化学会会志》中。
材料一般可以分为金属和绝缘体。二氧化钒等化合物却具有金属-绝缘双重特征——在一定温度下，二氧化钒是绝缘体，而当温度升高至67摄氏度时，其内部性质会像变色龙变色一样发生变化，表现出金属特性。这种由温度引发的性质振荡特征，使二氧化钒成为类人脑电子系统的理想候选材料，因为神经元也会产生振荡电流（即动作电位）。然而，神经元也会在突触处汇集输入信息，这种整合效果稳定增加了神经元细胞膜的电压，使其接近阈值。超过阈值时，神经元就会触发动作电位。论文作者SarbajitBanerjee教授说：“神经元可以记录膜电压降信息。我们希望调整二氧化钒的性质，让它能保留部分与过渡温度相关的记忆。由此，我们就能着手模拟生物神经元突触的功能。”
特定材料的过渡温度一般是固定的，但掺杂剂的种类和浓度对材料的转变温度有一定影响。Banerjee团队希望使用的掺杂剂不仅能通过浓度影响材料，还能具有时间相关性。研究人员发现，只有将硼作为掺杂剂才能实现这种灵活性——在二氧化钒中加入硼后，材料仍然会从绝缘体过渡至金属，但其过渡温度取决于硼创造的新亚稳态维持时间。“生物神经元能够记忆膜电压。类似的，硼掺杂二氧化钒也有热历史记忆，”论文作者DianeSellers博士说。
在不久的将来，Banerjee团队合作者XiaofengQiang教授还计划探索其他更复杂的氧化钒化合物的原子和电子结构，完成项目拓展研究。此外，Banerjee等还将研究用替代掺杂剂制造其他神经形态材料的可行性。论文通信作者RaymundoArróyave教授说：“我们在二氧化钒中的发现是否适用于其他主晶格和客体原子？弄清楚这些问题，有助于我们调整神经形态材料的性能，以满足不同的应用场景。”
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编译：雷鑫宇
审稿：西莫
责编：陈之涵
期刊来源：《美国化学会会志》
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