【进展】中国科大在自旋神经形态器件研究中取得新进展；

作者：爱集微 2小时前

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来源：爱集微 #学研#

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1.中国科大在自旋神经形态器件研究中取得新进展；

2.国内科研团队采用新方法成功制备氮掺杂非晶单层碳；

3.西安电子科技大学通院池育浩老师和李颖教授在多载波调制技术上取得重要进展；

1.中国科大在自旋神经形态器件研究中取得新进展；

近日，中国科学技术大学微电子学院龙世兵教授和高南特任研究员团队在自旋神经形态器件研究中取得新进展。研究团队基于反铁磁氧化钴材料，成功开发了具有非线性响应特性和短时存储特性的神经形态器件，并展示其了在储池计算及多维度信息处理方面的应用潜力。该成果以“An Antiferromagnetic Neuromorphic Memory Based on Perpendicularly Magnetized CoO”为题，近期发表在国际知名学术期刊《Nano Letters》上，并被选为封面论文。

后摩尔时代硅基器件的发展受到严峻的挑战，自旋电子器件凭借其低功耗、高工作速度、抗辐照等特性而备受关注。相比于传统的铁磁材料，反铁磁材料由于其原子尺度交错的磁矩分布，具有更快的速度和更高的稳定性，是开发自旋神经形态器件的理想候选材料。然而，现有的绝缘反铁磁材料大多不具备面外各向异性，较大程度限制了其集成潜力；此外，神经形态计算进一步对器件提出了非线性响应、短时存储等新的要求。因而构建反铁磁神经形态器件是当前自旋电子学领域的一个挑战。

针对上述挑战，研究团队基于(111)取向的氧化钴/铂双层结构，实现了巨大的面外磁各向异性。利用器件在自旋轨道力矩作用下磁矩部分翻转的非线性特征以及在热激发下的自发弛豫特性，实现了全电学读写，且具有非线性响应和短时存储能力的自旋神经形态器件，并验证了其可以在手写数字识别和量子纠缠态分类等储池计算任务中实现高的识别率。进一步，基于器件的双向弛豫特性，提出并验证了其在多维度信息处理方面的独特优势。

该工作首次基于纯反铁磁体系实现了自旋神经形态器件，并为进一步利用反铁磁材料的优势，开发超高集成度和超高运算速度的类脑计算系统奠定了基础。

中国科学技术大学高南特任研究员和龙世兵教授为论文共同通讯作者，博士生向学强为论文第一作者。此项研究工作得到了中国科学院稳定支持基础研究领域青年团队项目、国家自然科学基金项目的资助，并得到了中国科学技术大学微纳研究与制造中心的支持。

2.国内科研团队采用新方法成功制备氮掺杂非晶单层碳；

中国科学院大学教授周武、国家纳米科学中心研究员裘晓辉与北京航空航天大学教授郭林、刘利民以及清华大学教授谷林等组成研究团队，发展了一种利用纳米尺度二维限域模板进行小分子聚合的液相合成策略，成功制备出氮元素掺杂的单原子层非晶碳材料。近日，该研究成果在线发表于《自然》。

二维非晶碳是碳材料家族的一种新型同素异形体。与石墨烯的周期性蜂窝结构不同，单原子层的非晶碳由五、六、七元碳环无序拼接而成。研究人员此前通过化学气相沉积方法在非平衡条件下成功制备了该材料，并发现非晶结构可显著调控碳材料的导电性和机械强度等物理性能。

虽然化学气相沉积被广泛用于制备石墨烯及其衍生材料，但高温条件不利于异质原子在碳原子网络中的稳定掺杂。相比之下，液相聚合方法在高分子化学合成中被广泛采用。该方法条件温和、前驱体选择多样。然而，在液相聚合中，反应中间体构象多变且存在复杂的立体相互作用，因此使用液相聚合方法难以获得具有二维拓扑结构的产物。

新方法则利用层状模板的限域作用，将自由基中间体的聚合过程限制在二维平面内，最终形成了五、六、七元环共存的二维无序网络结构。

利用低电压扫描透射电子显微镜技术，研究团队精确解析了碳原子和氮原子在二维非晶碳网络中的分布，证实了氮原子成功嵌入碳原子组成的平面网络中，并确认了氮掺杂浓度可达9%。通过第一性原理计算，研究团队进一步揭示了该材料的形成机制，发现受限空间中的化学反应模式发生了显著变化。光学和电学性质测试表明，该材料具有p型半导体特性，为研究原子掺杂对二维非晶碳材料电子局域化现象的影响提供了独特的实验平台。

研究人员认为，这项工作在二维聚合物限域合成领域迈出了重要一步，为未来开发性能优越的二维非晶材料提供了新途径。

3.西安电子科技大学通院池育浩老师和李颖教授在多载波调制技术上取得重要进展；

西电新闻网讯近日，通信工程学院池育浩老师、李颖教授与浙江大学刘雷研究员、张朝阳教授合作在多载波调制技术方面取得重要进展，相关研究成果以“Interleave Frequency Division Multiplexing”为题发表于无线通信权威期刊《IEEE Wireless Communication Letters》(https://ieeexplore.ieee.org/ document/10522098)。

随着高速移动通信应用（如高铁、低轨卫星等）日益增加，现有正交频分复用（OFDM）受到严重载波间干扰造成性能恶化。为此，2017年，美国Cohere公司提出了正交时频空（OTFS）技术、华为公司于2021年提出了仿射频分复用（AFDM）技术，其核心均在于构建稀疏等效信道矩阵，实现性能与复杂度之间的平衡。可见，在未来6G标准中支持静态和高移动通信的调制技术占据重要地位。2023年国家知识产权局发布的6G通信专利布局报告中指出，美国Cohere公司拥有大量高质量的OTFS基础专利，专利申请全球占比68.9%，已经形成一定的技术壁垒，我国无法绕开基础专利，专利风险较大。此外，OTFS/AFDM尚未解决时变多径信道的非平稳性公开难题，同时缺乏高效低复杂度检测算法。

为解决这一技术挑战，并突破OTFS专利封锁，该工作首次提出了交织频分复用（IFDM）技术，通过IFFT和随机交织的简单结构创新性地构建了随机全密集的等效信道矩阵，以确保信号经历充分统计平稳信道衰落，从而逼近时变多径信道容量。为利用时域信道的稀疏性，同时提出了一种低复杂度且最大后验概率最优的跨域记忆近似消息传递（CD-MAMP）检测器，给出采用CD-MAMP检测器的IFDM与采用实用最优的OAMP检测器的OTFS和AFDM对比。可以看出：在静态和时变多径信道下，IFDM的性能和复杂度显著超越现有OTFS和AFDM。