迈向下一代计算机:用石墨烯-金刚石结模拟大脑功能

但是，科学家为什么要试图模仿人类的大脑呢?今天，现有的计算机架构受制于复杂的数据，限制了它们的处理速度。另一方面，人类的大脑可以高效地处理高度复杂的数据，比如图像。因此，科学家们试图建立“神经形态”架构来模拟大脑中的神经网络。

记忆和学习的一个基本现象是“突触可塑性”，即突触(神经元链接)适应活动增加或减少的能力。科学家们试图用晶体管和“忆阻器”(电子存储设备，其电阻可以被储存)来重现类似的效果。最近开发的光控忆阻器，或称“光敏电阻器”，既能探测光线，又能提供非易失性记忆，类似于人类的视觉感知和记忆。这些优异的性能打开了一个全新的材料世界的大门，可以作为人工光电突触!

这促使名古屋大学的研究团队设计了石墨烯-金刚石连接，可以模拟生物突触和关键记忆功能的特征，为下一代图像传感记忆设备打开了大门。他们最近的研究发表在碳在美国，由Kenji Ueda博士领导的研究人员利用垂直排列的石墨烯(VG)和金刚石之间的连接演示了光电控制的突触功能。制造的连接模拟生物突触功能，如产生“兴奋性突触后电流”(EPSC)——突触膜上神经递质诱导的电荷——当受到光脉冲刺激时，并表现出其他基本的大脑功能，如从短期记忆(STM)到长期记忆(LTM)的过渡。

上田博士解释说:“我们的大脑具备筛选可用信息并储存重要信息的能力。我们在vg -钻石阵列上尝试了类似的方法，当人类大脑暴露在光学刺激下时，它可以模拟人类大脑。”他补充说:“这项研究是由2016年的一项发现引发的，当时我们发现石墨烯-金刚石结中存在巨大的光学诱导电导率变化。”除了EPSC、STM和LTM外，这些连接还表现出300%的成对脉冲促进——当突触之前有一个突触时，突触后电流增加。

在偏置电压下，荧光灯和蓝色led诱导vg -金刚石阵列发生氧化还原反应。研究人员将这归因于石墨烯和金刚石在结界面上存在不同的杂交碳，这导致了离子对光的反应迁移，反过来又使结执行类似于大脑和视网膜的光敏和光控功能。此外，vg -金刚石阵列在光敏性和结构简单性方面超越了传统的稀有金属基光敏材料。

上田博士说:“我们的研究提供了对人工光电突触行为背后的工作机制的更好理解，为光学可控的大脑模拟计算机铺平了道路，比现有的计算机具有更好的信息处理能力。”

下一代计算机的未来可能并不遥远。