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我院郝建华教授团队获国家自然科学基金重点项目资助

日期:2022/9/28 15:04:33 阅读:376

近日,我院郝建华教授牵头的“面向神经形态计算和人工视觉的超薄铁电多功能集成材料与器件”项目获国家自然科学基金重点项目资助。该项目联合南开大学、四川师范大学,基于团队在铁电光电神经突触和调控稀土离子掺杂发光等方面的工作积累,尝试将铁电极化与半导体电子、光电探测和稀土发光多功能特性有机集成,致力于解决信息技术发展中与材料和器件相关的瓶颈问题。



项目概况


人工智能正带动通讯、大数据、云计算和物联网等领域的广泛应用。其中类脑计算即神经形态计算主要基于类似于神经系统的器件,且具备智能学习和决定功能,是对目前计算体系的颠覆性创新,而作为人工智能一个子学科的人工视觉系统,近年来在图像识别、自动驾驶等领域备受关注。人工智能芯片是开发众多智能系统与类脑机器人的关键,相关的新材料与器件的探索是目前国际科技聚焦的热点和前沿。虽然神经形态计算和人工视觉系统模拟的相关材料和器件取得了进展,展示了区别传统冯·诺依曼架构的优势,但是在神经形态架构、实时信息处理能力和能效等方面还远比不上生物神经系统。铁电体是典型的智能材料,铁电材料在类脑器件领域具有极大的应用潜力。

在本重点项目中,郝建华教授团队联合合作单位,针对在神经形态器件中实现多模式的关键科学问题,基于超薄铁电薄膜,构筑面向神经形态计算和人工视觉的多功能集成材料与器件;通过研究稀土掺杂对于超薄铁电薄膜影响的物理规律,设计和制备相关的新概念器件,开展在逻辑运算、数据处理和构建人工视觉神经网络应用场景的研究,为突破目前有限模式的神经形态计算极限提供新型材料、器件构型和解决方案。




在获得本重点项目之前,郝建华教授团队及其合作单位已在相关领域深耕多年。郝教授是国际上铁电发光研究的开拓者,早在2011年,首次将铁电调控概念引入到稀土发光领域并实验证实,目前已被至少25个国家的100多个研究组验证并扩展应用到9种稀土离子掺杂到40种铁电材料体系。近年来还在压电和磁场诱导发光方面取得一系列原创性成果,由此提出的“智能发光”学术术语已录入国际《发光手册》,获得2021年国家教育部自然科学奖。在2019年,郝教授团队利用相变在单层二维材料中发现室温铁电(Nature Commun., 10, 1775,2019),该工作被国际同行广泛引用。此外,该团队实现了高开关比的铁电隧穿晶体管器件 (Adv. Mater. 28,10048,2016),并于 2022 年利用二维铁电异质结成功地模拟了完整的人工视觉系统 (Adv. Funct. Mater., 32, 2108014,2022)。去年在脉冲激光沉积制备大面积超薄薄膜方面取得重要突破 (Nature Materials, 20, 1203,2021)。另外,团队以限域法成功制备杂化钙钛矿铁电材料,并对其铁电性与光电性能的关联进行了研究(Adv. Mater., 33, 2101263,2021)。以上的基础研究和技术的积累,将为本课题的神经形态材料与器件朝着信息化、智能化、多功能化的发展奠定基础。



团队介绍



- 项目负责人郝建华教授 -

郝建华教授是香港理工大学应用物理学系材料物理与器件讲座教授 (Chair Professor),香港研资局高级研究学者(RGC Senior Research Fellow),教育部“长江学者”讲座教授。从事应用于微电子和光电子的铁电薄膜与集成器件、应用于信息科学和生物医学的金属离子掺杂发光,以及纳米能源材料和器件的研究。主持包括香港CRF, GRF, ITF和国家自然科学基金等课题。发表了350多篇国际期刊论文,包括近五年来以通讯作者身份在Nature Materials, Nature Commun., Adv. Mater., JACS, ACS Nano, Nano Lett.等著名期刊发表学术论文。入选ESI 材料科学领域“高被引科学家”和斯坦福大学“全球前2%顶尖科学家”。90多次国际大会报告/主题/辅导/特邀报告。拥有多项美国专利。获得“教育部自然科学奖”、“校长特设个人卓越成就奖”、“纳米科研领先奖”、“日内瓦国际发明金奖”,“TechConnect全球创新奖”等奖项。担任“信息材料”InfoMat(Wiley,IF:24.798)杂志副主编,Adv. Opt. Mater. 等国际杂志编委,亚洲电子陶瓷联盟(AECA)执委。美国光学学会会士、英国物理学会会士和英国皇家化学会会士。



- 合作单位负责人张杨研究员 -

博士生导师。任职于南开大学电子信息与光学工程学院现代光学研究所。天津市微尺度光学信息技术科学重点实验室副主任。主要从事铁电压电功能材料,无机发光材料及其光电器件、宽禁带半导体等方向的研究。目前已在Nature Communications,Angewandte Chemie, Advanced Materials, Nano Letters, ACS Nano等学术期刊发表论文40余篇。主持和参与多项国家科研项目,包括国家重点研发计划项目、国家自然科学面上项目等。



- 合作单位负责人接文静研究员 -


任职于四川师范大学化学与材料科学学院,主要从事二维材料的制备及其光电性能、低维纳米材料忆阻器及神经突触等方向的研究。目前已在Angewandte Chemie, Advanced Functional Materials, ACS Nano等学术期刊发表论文50余篇。入选四川省“天府峨眉计划”,四川省杰出青年科技人才项目和四川省学术与技术带头人后备人选,主持国家自然科学基金青年和面上项目。