近日，Physical Review Applied（《物理评论应用》）在线发表了何军教授课题组有关原子插层通道材料的最新研究成果。论文题目为“First-principles prediction of potential candidate materials MCu₃X₄ (M = V, Nb, Ta; X = S, Se, Te) for neuromorphic computing”。我院半导体所研究员翟保兴为文章第一作者，何军教授为文章通讯作者。

受人脑神经突触框架的启发，神经形态计算有望克服传统冯诺依曼架构的瓶颈，应用于人工智能。而有相关报道指出，基于离子插层层状材料如MoS₂，石墨烯，可以设计离子型突触晶体管，从而用于神经形态计算 [Adv. Mater. 30, 1800195 (2018)，Nat. Commun. 13, 4386 2022)]。在此，何军课题组发现MCu₃X₄ (M = V，Nb，Ta；X = S，Se，Te)这类材料具有特殊的晶体结构——单胞的体心和面心没有原子占据，适合进行嵌入原子和离子的研究。基于第一性原理计算，他们发现，当MCu₃X₄ 插入锂原子时，由于大量的电子填充[每化学式单位（f.u.）约0.8 e]，系统将从半导体转变为金属，并且仍保持良好的结构稳定性。同时，插入的锂原子在MCu₃X₄ 中具有较低的扩散势垒（约0.6 eV/f.u.），保证了通过栅极电压控制锂原子嵌入/脱出的可行性。这些结果表明，这一类材料可以实现两种稳定记忆状态（即高/低电阻状态）之间的可逆切换，从而有可能用于设计突触晶体管以实现神经形态计算。该工作从理论计算的角度为推进与神经形态计算相关的候选材料的搜索提供了灵感。

该工作受到国家重点研发计划、国家自然科学基金、湖北省自然科学基金等项目经费的支持。

论文链接：https://doi.org/10.1103/PhysRevApplied.19.054045