近日，中国科学院近代物理研究所、重离子科学与技术全国重点实验室科研团队和合作者在纳米流体忆阻器研究方面取得重要进展。依托兰州重离子研究装置（HIRFL）提供的离子束条件，研究团队利用亚纳米通道离子径迹膜，成功构建了一种基于非对称离子掺杂的纳米流体忆阻器，实现器件记忆行为由易失性到非易失性的可调转变，为模拟生物突触可塑性提供了全新平台。相关成果以“Ion-Doped Nanofluidic Memristors: A Platform for Tunable Synaptic Emulation”为题，于日前发表在国际学术期刊Small。

忆阻器被视为构建类脑神经形态计算体系的核心元件。然而，现有的纳米流体忆阻器中的离子的记忆多依赖于浓度极化等瞬态过程，外电场撤去后离子分布迅速恢复平衡，记忆信息往往在数秒内快速消散，难以实现长时程增强等非易失性功能。

针对这一问题，研究团队利用快重离子辐照结合软刻蚀技术，在聚酰亚胺薄膜中制备出直径约0.5–0.8 nm的直通型亚纳米通道，构建了具有均匀形貌和表面荷电特性的人工离子通道膜。研究发现，通过在通道两侧引入多价离子（如Ca²⁺或La³⁺）的不对称掺杂，成功调控通道内离子分布与其迟滞行为，使器件忆阻行为发生根本性转变——从易失性单极忆阻转变为非易失性双极忆阻。基于上述机制，研究团队进一步利用不对称Ca²⁺掺杂体系，成功模拟了生物突触的多种可塑性行为，包括双脉冲易化与抑制、长时程增强与抑制以及刺激强度依赖响应等。

该研究首次证明，多价离子不对称掺杂可在结构对称亚纳米通道中诱导可编程的离子忆阻行为转变，为开发低功耗、多功能的神经形态计算器件提供了新思路，同时也为理解生物突触记忆与可塑性的物理机制提供了人工模拟平台。

该工作得到了国家自然科学基金、惠州科技人才项目等支持。

文章链接：https://doi.org/10.1002/smll.202514484

图：基于亚纳米通道离子径迹膜制备的纳流体忆阻器仿生原理及其突触功能演示

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