鑽石舞台

異質結是由兩種或者更多的材料組成的，是一類非常重要的人造材料。在這類材料中，化學成分會隨着界面的跨越而發生變化。傳統異質結的類型主要包括金屬-半導體異質結，半導體-半導體異質結、金屬-氧化物-半導體異質結、金屬-氧化物-金屬異質結。異質結中的載流子狀態和運動可以得到精準的調控，這為先進電子、光電與自旋器件的設計奠定了重要物理基礎。在過去的幾十年中，這些不同類型的異質結已經被廣泛地應用在光電探測器、高速和高頻晶體管以及存儲器件中。相比於體塊異質結，至少一個維度處於納米尺度的低維異質結能夠實現對成分、晶格結構以及電子和自旋結構絕無僅有的調控，為提升傳統器件的性能，甚至革新性概念器件的設計提供了諸多便利之處。對低維異質結材料中的電荷、自旋、晶格和離子進行調控，能夠實現對生物神經元和突觸的模擬，使得傳統傳感、存儲和計算技術向類腦計算新範式轉移。最近，將低維異質結應用於類腦計算的研究極大地促進了類腦電子學、類腦自旋電子學以及類腦光電子學的發展。然而，在材料選擇、器件物理以及集成方面等仍然面臨了諸多挑戰。

南京大學物理學院繆峰教授課題組，聚焦於類腦計算，從類腦電子器件、類腦自旋器件以及類腦光電器件等方面綜述了其最新進展，探討了新型低維異質結在類腦計算應用方面的重要方向和應用前景，為未來進一步發展異質結器件提供了重要的參考意義。

圖1 面向類腦計算的新型低維異質結

在該綜述中，作者首先介紹了新型異質結的定義以及在類腦計算中的應用以；隨後，作者詳細介紹了如何利用新型低維異質結的諸多獨特物理性質，實現其在類腦電子器件、類腦自旋器件和類腦光電器件三方面的應用，最後，作者分享了該領域目前所面臨的挑戰以及機遇。例如，未來可以通過選擇材料設計不同異質結，利用異質結的界面特性提升憶阻器的均一性；通過研究二維半金屬與鐵磁金屬形成的原子樂高，構築電壓驅動的類腦自旋器件和神經網絡；利用二維和三維半導體混合異質結實現傳統光電器件與類腦光電器件的大規模集成。

該工作得到固體微結構物理國家重點實驗室、人工微結構科學與技術協同創新中心等支持。