革命性突破！全球首款全光譜可編程光控憶阻器

近年來，隨著摩爾定律的放緩和馮?諾依曼瓶頸的日益突出，如何在光學與電子領域實現高速、低功耗的存算一體化系統，成為了科技界的重要課題。近日，由沙特阿卜杜拉國王科技大學張西祥教授團隊與浙江大學薛飛教授團隊聯合攻關的研究成果，成功開發出首款全光譜可編程光控憶阻器，并在全球頂級期刊Nature Nanotechnology上發表。這一創新器件的推出，標志著神經形態計算邁入了一個全新的紀元。

三大顛覆性創新

1.這款光控憶阻器突破了傳統光控憶阻器的光譜限制，采用了氮化硼（hBN）和硅（Si）異質結構，實現了紫外至近紅外波段（375-1064nm）的全光譜響應，相比現有技術，波長響應范圍拓寬了400%。這一突破為未來光學神經形態計算的發展奠定了堅實基礎。

2.器件具備三態可切換的光控記憶功能。在低功率激光下，器件能夠激活瞬態記憶，模擬生物神經元的短期記憶；而在高功率激光下，則可形成長期穩定記憶，實現信息的永久存儲。此外，單波長激光便可完成模式重構，賦予設備更多的靈活性和適應性。

3.器件在極端環境下展現出卓越的穩定性與可靠性。其在300℃高溫下能連續運行106次且性能無衰減，保持時間超過40,000秒，且支持4英寸晶圓級均勻制備，器件尺寸可精確控制至500nm。

圖1：全球首款hBN/Si光控憶阻器陣列的結構設計與制備工藝全解析，涵蓋低溫PECVD生長hBN薄膜（250℃）、界面表征（0.34nm完美界面）、4英寸晶圓實物（500nm微縮單元）及多維度制備細節驗證。

圖2：光控憶阻器的多模式電學特性與性能驗證圖，展示其在不同光照/黑暗下的電阻切換行為（強光非易失態、弱光易失態、黑暗非阻態）、超11小時的穩定存儲（40,000秒保持）、5×5陣列光寫入"K A U S T"圖案及千器件級電壓一致性（波動＜5%）。

圖3：器件在紫外-近紅外全光譜（375-1064nm）下的光控開關特性及多材料對比優勢圖，通過5種激光波長驗證其超寬帶響應（覆蓋人眼可見光+部分紅外），并橫向對比其他材料，證實其光耦合開關比與響應波長范圍全球領先。

圖4：光編程實現憶阻器多態記憶訓練的原理驗證圖，展示弱光（5%功率，易失態）與強光（100%功率，非易失態）下的脈沖切換行為，以及讀取時低電壓（1V）穩定識別"長期記憶"的特性，完美模擬人腦神經突觸的"短期→長期記憶"轉化過程。

本研究首次實現了基于氮化硼/硅異質結構的超寬帶、多模式可重構光控憶阻器。該器件的成功開發，不僅在理論上突破了光控憶阻器的性能瓶頸，也為下一代光學神經形態硬件的實現提供了技術支持。未來，通過進一步優化工作電壓、提高面積均一性以及探索多級存儲模式，該技術將在智能視覺、邊緣計算等領域得到廣泛應用。

隨著這一技術的不斷成熟，光控憶阻器有望在更加復雜和多變的環境中執行實時數據處理、信息存儲等任務，助力人工智能和神經形態計算的飛躍。我們期待這一突破能為下一代高效、智能的計算系統開辟全新的天地。

論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41565-025-01991-4

https://go.nature.com/454b5I5