摘要：随着人工智能技术的快速发展,兼具高能效智能感知和计算的光电神经形态受到了广泛的关注.为了增强神经形态器件对不同应用场景的普适性,构建突触塑性能够灵活可调制的神经形态器件和电路至关重要.本文设计了一种基于非对称电极结构的有机突触晶体管,并利用液相制备的大面积有机超薄半导体作为光感知和计算材料.该光电突触晶体管表现出典型的光刺激后突触电流(excitatory postsynaptic potential,EPSC)、双脉冲易化(paired-pulse facilitation,PPF)和脉冲强度依赖塑性(spike-amplitude-dependent plasticity,SADP),可以实现高能效的图像降噪预处理.为了进一步满足储池计算对于突触塑性可调性和网络非线性的要求,我们制备有机n型晶体管,设计了一个基于p型和n型晶体管的突触模拟电路.该突触电路可实现从短程塑性(short-term synaptic plasticity,STP)到长程塑性(long-term synaptic plasticity,LTP)的高度可调性,以及可配置的双脉冲易化特性,显著增强了突触晶体管的电流非线性度.基于有机突触模拟电路,我们构建了降噪预处理融合的储池计算系统,该储池神经网络对于去噪后的MNIST手写数据集表现出85%的识别准确率.此工作表明,有机光电突触晶体管有效的降噪功能和突触模拟电路的灵活调制能力对实现多模态、多尺度、高准确率和低功耗神经网络具有重要的意义.

摘要：在纤锌矿结构Zn_(1-x)Mg_xO/ZnO异质结构中发现了高迁移率的二维电子气(2DEG),2DEG的产生很可能是由于界面上存在不连续极化,而且2DEG通常也被认为是由极化电荷产生的结果.为了探索2DEG的形成机理及其产生的根源,研究Zn_(1-x)MgxO合金的极化特性与ZnO/Zn_(1-x)Mg_xO超晶格的能带排列是非常必要的.基于第一性原理广义梯度近似+U方法研究了Zn_(1-x)Mg_xO合金的自发极化随Mg组分x的变化关系,其中极化特性的计算采用Berry-phase方法.由于ZnO与Zn_(1-x)Mg_xO面内晶格参数大小相当,ZnO与Zn_(1-x)Mg_xO的界面匹配度优良,所以ZnO/Zn_(1-x)Mg_xO超晶格模型较容易建立.计算了Mg_(0.25)Zn_(0.75)O/ZnO超晶格静电势的面内平均及其沿着Z(0001)方向上的宏观平均.(5+3)Mg_(0.25)Zn_(0.75)O/ZnO超晶格拥有较大的尺寸,确保远离界面的Mg_(0.25)Zn_(0.75)O与ZnO区域与块体计算情况一致.除此之外,基于宏观平均为能量参考,计算得到Mg_(0.25)Zn_(0.75)O/ZnO超晶格界面处价带偏差为0.26 eV,并且导带偏差与价带偏差的比值处于合理区间,这与近来实验上报道的结果相符.除了ZnO在[0001]方向上产生自发极化外,由于在ZnO中引入Mg杂质会产生应变应力,导致Mg_xZn_(1-x)O层产生额外的极化值.这样必然会在Mg_(0.25)Zn_(0.75)O/Zn界面处产生非连续极化现象,促使单极性电荷在界面处积累,从而在Mg_(0.25)Zn_(0.75)O/Zn超晶格中产生内在电场.此外,计算了Mg_(0.25)Zn_(0.75)O/ZnO超晶格的能带排列,由于价带偏差△Ev=0.26 eV与导带偏差△Ec=0.33 eV,表明能带遵循I型排列.Mg_(0.25)Zn_(0.75)O/ZnO的这种能带排列方式足以让电子与空穴在势阱中产生禁闭作用.2DEG在电子学与光电子学领域都有重要应用,本文的研究结果将对Mg_(0.25)Zn_(0.75)O/ZnO界面2DEG的设计与优化中起到重要作用,并且可以作为研究其他Mg组分的Mg_xZn_(1-x)O/ZnO超晶格界面电子气特性的参考依据.

摘要：基于第一性原理GGA+U方法研究了Zn1-xCdxO合金的晶格常数以及自发极化随Cd组分x的变化关系,其中极化特性的计算采用Berry-phase方法,同时计算了禁带宽度随Cd组分x的变化关系,并得到了能隙弯曲参数0.69。此外,通过计算宏观平均静电势的方法得到了(5+3)Cd0.25Cd0.75O/Zn O超晶格界面处的价带偏差为0.13 e V,导带偏差与价带偏差的比值为4/13,并且Zn1-xCdxO/Zn O界面两侧能带呈现I型排列,这些研究结果将对Zn1-x CdxO/Zn O界面二维电子气的设计与优化起到重要作用。