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

       人類的大腦掌握著我們獨特個性的秘密。但你知道嗎，它也可以構成高效計算設備的基礎?日本名古屋大學(Nagoya University)的研究人員最近展示了如何做到這一點，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，為什么科學家要嘗試模仿人類的大腦呢?今天，現有的計算機體系結構受到復雜數據的影響，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雜的數據。因此，科學家們試圖建立“神經形態”架構來模擬大腦中的神經網絡。

       記憶和學習的一個重要現象是“突觸可塑性”，即突觸(神經元連接)適應活動增加或減少的能力。科學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備)來再現類似的效果。最近開發的光控記憶電阻器，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!

       這激發了來自名古屋大學的研究團隊設計石墨烯-金剛石連接，可以模仿生物突觸的特征和關鍵的記憶功能，為下一代圖像傳感記憶設備打開了大門。在最近發表在《碳》雜志上的一項研究中，由上田健二博士領導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生“興奮性突觸后電流”(EPSC)——突觸膜上的神經遞質引起的電荷，并表現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。”他補充說:“這項研究是由2016年的一項發現引發的，當時我們發現石墨烯-金剛石結的光學導電性發生了很大的變化。”除了EPSC、STM和LTM外，這些連接還顯示出300%的成對脈沖促進作用——當突觸前緊密相連時，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色led的誘導下發生氧化還原反應。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,導致光和離子遷移的反應反過來允許連接執行式photo和photo-controllable功能類似于由大腦和視網膜。此外，VG-diamond陣列在光敏性和結構簡單性方面超過了傳統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制提供了更好的理解，為光學可控的模擬大腦的計算機比現有計算機具有更好的信息處理能力鋪平了道路。”

       下一代計算機的未來可能已經不遠了。