神经形态芯片旨在通过模仿构成人脑的神经元和突触的工作机制来构建人工神经网络硬件，快速高效地处理高度复杂的信息处理任务，从而实现人工智能。模拟型忆阻器具有可控缓变的多阻态特性，在外加电压等条件刺激下能够实现与神经突触相关的兴奋和抑制性突触后电流现象，可模拟神经突触的学习和记忆功能，因此可应用于神经突触仿生、神经形态计算等领域。近年来，有机半导体忆阻器因具有光电功能可调、可低温溶液及大面积加工、质量轻且柔性可弯折等优点而引起国内外研究者们的广泛关注和研究。目前，基于有机半导体神经形态忆阻器已经实现了一系列复杂的计算任务，包括超低功耗的并行计算、建立人工神经网络等。然而，目前已报道的有机半导体神经形态忆阻器通常表现出较低的热耐受性，导致器件性能在极热或极寒环境下快速退化甚至失效，因而极大限制了基于有机半导体忆阻器的神经形态系统在工业制造、能源勘探、航空航天等领域的应用。因此，构建具有超宽工作温度的有机半导体神经形态忆阻器具有十分重要的科学意义和应用价值。
针对这一关键科学问题，南京邮电大学材料科学与工程学院/有机电子与信息显示国家重点实验室黄维院士、仪明东教授和李雯副教授带领的团队提出了一种可低温溶液加工的聚[[2-[(3,7-二甲基辛基)氧基]-5-甲氧基-1,4-苯]-1,2-乙烯二基]（MDMO-PPV）基有机半导体神经形态忆阻器，该器件表现出连续可调的电导特性，能够模拟生物突触基本功能，包括兴奋性突触后电流（EPSC）、双脉冲易化（PPF）、双脉冲抑制（PPD）、强直性后增强（PTP）、兴奋/抑制、脉冲时序依赖可塑性（STDP）、短期增强（STP）到长期增强（LTP）以及“学习-遗忘-再学习”过程等。不仅如此，未封装器件能够在77 K至573 K的超宽温度下稳定工作，解决了当前有机人工突触器件无法在极端温度下正常工作的难题。另外，中国台湾中研院侯政宏博士利用X射线光电子能谱（XPS）和飞行时间二次离子质谱（ToF-SIMS）深度分析，直观且详细的揭示了器件内部工作机理，验证了离子迁移控制记忆响应的动力学过程。该项研究在极端温度下实现的鲁棒忆阻响应和验证的器件工作机制将推动有机半导体神经形态忆阻器的发展及其在神经形态系统中的应用。相关研究结果以“Polymeric memristor based artificial synapses with ultra-wide operating temperature”为题发表在《Advanced Materials》上。仪明东教授、李雯副教授、侯政宏博士和黄维院士为共同通讯作者，李佳钰博士以及钱扬周博士为论文第一作者。
该项目成果得到了国家自然科学基金、江苏省有机电子与信息显示协同创新中心、江苏省优势学科等基金项目的支持。
图1. 具有超宽工作温度的有机聚合物忆阻器及其内部离子迁移机制示意图
（撰稿：李雯 编辑：陈宁娜 审核：仪明东）