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作 者

黃卓慧、李彥冉、張藝、陳杰威、何軍、蔣杰

機(jī) 構(gòu)

中南大學(xué)

Citation

Huang Z H, Li Y R, Zhang Y, Chen J W, He J, Jiang J. 2024. 2D multifunctional devices: from material preparation to device fabrication and neuromorphic applications. Int. J. Extrem. Manuf.6032003.

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https://doi.org/10.1088/2631-7990/ad2e13

撰稿 | 文章作者

01

文章導(dǎo)讀

自人工智能( AI )、物聯(lián)網(wǎng)( IoT )和機(jī)器學(xué)習(xí)( ML )出現(xiàn)以來，為我們的生活提供了識別與智能控制等多種便利，但也對計算能力提出了更高要求。人腦啟發(fā)的神經(jīng)形態(tài)計算系統(tǒng)能夠在器件層面上將模擬計算和數(shù)據(jù)存儲結(jié)合起來，近年來受到廣泛關(guān)注。神經(jīng)形態(tài)計算系統(tǒng)模仿人腦中神經(jīng)元和突觸的工作方式，因其強(qiáng)大而高效的計算能力而被視為極具吸引力的下一代計算方法。二維材料的無懸鍵晶格和超薄范德華異質(zhì)結(jié)，為下一代計算提供了獨特的硬件基礎(chǔ)，在低功耗、多功能的神經(jīng)形態(tài)器件的發(fā)展中顯示出巨大的潛力。因此，神經(jīng)形態(tài)二維器件的研究對于實現(xiàn)多功能神經(jīng)形態(tài)應(yīng)用和開發(fā)超低功耗類腦芯片具有重要意義。近期，中南大學(xué)物理學(xué)院蔣杰教授、何軍教授等在SCI期刊《極端制造》（International Journal of Extreme Manufacturing, IJEM）上共同發(fā)表《二維多功能器件：從材料制備到器件制造和神經(jīng)形態(tài)應(yīng)用》的綜述。該綜述系統(tǒng)介紹了二維材料的特性和制備，討論了多種二維神經(jīng)形態(tài)器件以及總結(jié)其應(yīng)用的最新進(jìn)展，包括神經(jīng)形態(tài)視覺系統(tǒng)、聽覺系統(tǒng)、觸覺系統(tǒng)和痛覺系統(tǒng)等，并展望了開發(fā)二維神經(jīng)形態(tài)器件所面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。該工作得到了香港理工大學(xué)陳杰威助理教授的大力支持。

關(guān)鍵詞

二維材料；微納制造；多功能系統(tǒng)；神經(jīng)形態(tài)電子學(xué)；人工智能

亮 點

• 介紹并討論二維材料特性和制備技術(shù)；
  

• 討論了二維材料在各種人工突觸器件中的作用；

• 總結(jié)了二維神經(jīng)形態(tài)器件的多功能應(yīng)用研究進(jìn)展；

• 展望了二維神經(jīng)形態(tài)器件需要面對的各種機(jī)遇和挑戰(zhàn)。

圖1從1990年至今，二維神經(jīng)形態(tài)器件取得的一些重大突破。

圖2二維材料神經(jīng)形態(tài)器件：從材料、器件到應(yīng)用的圖文概述。

02

研究背景

在過去的幾十年里，大量的電子器件已經(jīng)被開發(fā)出來，這些電子器件可以模擬突觸功能，用于高性能的神經(jīng)形態(tài)計算。隨著新型材料和器件結(jié)構(gòu)的發(fā)展，越來越多的神經(jīng)形態(tài)器件被提出用于突觸功能模擬，主要包括兩端憶阻器和三端突觸晶體管。近年來，二維材料及其范德瓦爾斯異質(zhì)結(jié)已被廣泛用于構(gòu)建人工突觸神經(jīng)形態(tài)工程。其中，石墨烯、過渡金屬二硫化物、六方氮化硼( h-BN)、黑磷和MXenes等是典型的熱門材料。二維材料的原子薄層和有趣的物理化學(xué)性質(zhì)為開發(fā)高性能的突觸器件提供了有利的硬件基礎(chǔ)。由于其性質(zhì)對外界刺激非常敏感，二維材料可以為進(jìn)一步開發(fā)各種新型突觸器件提供了理想的平臺，例如電解質(zhì)柵控場效應(yīng)晶體管( EGFET )，浮柵場效應(yīng)晶體管( FGFET )，和鐵電場效應(yīng)晶體管( FeFET )。此外，二維半導(dǎo)體材料中強(qiáng)烈的光與物質(zhì)相互作用使得光電突觸器件具有模擬人類視覺系統(tǒng)的巨大潛力。同時，豐富的二維材料庫可以構(gòu)建高度可調(diào)的能帶結(jié)構(gòu)，為新型突觸器件的發(fā)展提供了大量的選擇余地。圖1概括了二維神經(jīng)形態(tài)器件在近年來的一些重大突破。在本文中，作者對二維材料神經(jīng)形態(tài)器件的最新進(jìn)展進(jìn)行了全面綜述。

03

最新進(jìn)展

作者綜述了二維材料神經(jīng)形態(tài)器件及其應(yīng)用的最新進(jìn)展。如圖2所示，主要分為三個部分：二維材料及其制備、器件結(jié)構(gòu)和多功能神經(jīng)形態(tài)應(yīng)用。首先，二維材料及異質(zhì)結(jié)的制備工藝主要包括二維材料合成、轉(zhuǎn)移。另外，二維材料神經(jīng)形態(tài)器件結(jié)構(gòu)主要分為三種，即兩端憶阻器、三端突觸晶體管和光電突觸器件。隨后，綜述了多功能神經(jīng)形態(tài)應(yīng)用，包括視覺、聽覺、觸覺和痛覺。最后，對二維材料神經(jīng)形態(tài)器件進(jìn)行了總結(jié)和展望。

二維材料的特性與制備二維材料被定義為由單個原子層或多個原子層組成的晶體材料。自2004年石墨烯被發(fā)現(xiàn)以來，二維材料開始迅速發(fā)展。到目前為止，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了至少幾十種具有不同性質(zhì)的二維材料，涵蓋了絕緣體、半導(dǎo)體、金屬等各種性質(zhì)，如圖3所示。制備單層或少層二維材料的方法主要有兩種：自上而下的機(jī)械剝離法和自下而上的化學(xué)氣相沉積法。此外，二維異質(zhì)結(jié)的制備方法也主要包含兩種：化學(xué)氣相沉積直接合成法和轉(zhuǎn)移技術(shù)。

圖3二維材料及其異質(zhì)結(jié)的性能。( a )豐富的二維材料庫。( b ) MoSe2 / WSe2 vdWH器件示意圖。( c )構(gòu)建vdWHs。( d ) 自下而上和 ( e ) 自上而下轉(zhuǎn)移過程的示意圖。( f ) PDMS轉(zhuǎn)移的MoS2 / h-BN vdWH。( g ) PPC法制備的h - BN / Graphene / h - BN器件。( h ) 二維材料無聚合物組裝vdWHs的技術(shù)。(a-b) 經(jīng)許可轉(zhuǎn)載。版權(quán)所有（2006）Springer Nature。(c) 經(jīng)許可轉(zhuǎn)載。版權(quán)所有（2013）Springer Nature。(d-e) 經(jīng)許可轉(zhuǎn)載。版權(quán)所有（2020） 日本應(yīng)用物理學(xué)會。(f-g) 經(jīng)許可轉(zhuǎn)載。版權(quán)所有（2019）Springer Nature。(h) 經(jīng)許可轉(zhuǎn)載。版權(quán)所有(2013) ，美國科學(xué)促進(jìn)會。

二維材料神經(jīng)形態(tài)器件結(jié)構(gòu)高效、多功能的神經(jīng)形態(tài)應(yīng)用的開發(fā)需要建立在模擬生物系統(tǒng)信息處理的基礎(chǔ)上。要構(gòu)建人工神經(jīng)系統(tǒng)，最根本的是要制備得到權(quán)重可調(diào)的突觸器件。由于具有原子級的厚度和對外部刺激敏感的物理性質(zhì)，二維材料為各種突觸器件的研究提供了有利的基礎(chǔ)。二維材料神經(jīng)形態(tài)器件可以分為：兩端憶阻器、三端突觸晶體管和光電突觸器件。如圖4所示，在兩端憶阻器中，根據(jù)其不同的工作機(jī)制，兩端憶阻器可以分為導(dǎo)電細(xì)絲形成，空位遷移，相轉(zhuǎn)變等。如圖5所示，在三端突觸晶體管中，由于對界面電荷轉(zhuǎn)移或靜電調(diào)制的高靈敏度，原子級厚度的二維材料為各種突觸晶體管的發(fā)展提供了一個絕佳的平臺，例如分為電解質(zhì)場效應(yīng)晶體管，鐵電場效應(yīng)晶體管和浮柵場效應(yīng)晶體管等。如圖6所示，在光電突觸器件中，持續(xù)光電導(dǎo)效應(yīng)( PPC )是二維材料突觸器件中光電突觸可塑性的內(nèi)在機(jī)制。具體來說，二維材料中的PPC效應(yīng)可以通過電荷在半導(dǎo)體-電介質(zhì)或異質(zhì)結(jié)界面的捕獲來實現(xiàn)。

圖4導(dǎo)電細(xì)絲的形成：Cu/MoS2/Au憶阻器: ( a )光學(xué)圖像(左)和示意圖(右)。( b )雙極I - V曲線。(c) LRS到HRS的轉(zhuǎn)變。基于相變的憶阻特性：( d )局部2H - 1T′相變示意圖。( e ) AFM高度圖像(上)，Li +離子分布圖(下)。( f ) LixMoS2器件之間的突觸競爭與合作。控制二維材料中本征缺陷的分布：基于C-h-BN的憶阻器：( g ) 電阻開關(guān)過程的示意圖。(h) 器件結(jié)構(gòu)示意圖。( i )高質(zhì)量h - BN薄片(左)和制備的C-h-BN薄片(右)的電流映射圖像。（a-c）經(jīng)許可轉(zhuǎn)載。版權(quán)所有（2019）美國化學(xué)學(xué)會。（g-i）經(jīng)許可轉(zhuǎn)載。版權(quán)所有（2018）Springer Nature。（d-f）經(jīng)許可轉(zhuǎn)載。版權(quán)所有（2023）RSC Pub。

圖5基于EGFET的突觸晶體管：（a）α-MoO3-based EGFET的工作機(jī)制（b）比電容隨頻率的變化曲線。（c）柔性人工突觸陣列的示意圖。（d）垂直突觸陣列示意圖。基于FeFET的突觸晶體管：（e）n-和p-型WSe2溝道。（f-g）PFM相位圖。基于FGFET的突觸晶體管：（h）ON和OFF態(tài)下電子和空穴分布。（i）整流行為。（j）InSe/h-BN/O2-h-BN類浮柵器件。（k）不同柵壓下的EPSC響應(yīng)。（a-b）經(jīng)許可轉(zhuǎn)載。版權(quán)所有（2018）, JohnWiley &Sons。（c）經(jīng)許可轉(zhuǎn)載。版權(quán)所有（2023), John Wiley &Sons。（d）經(jīng)許可轉(zhuǎn)載。版權(quán)所有（2022), John Wiley &Sons。（e-g）經(jīng)許可轉(zhuǎn)載。版權(quán)所有（2020), John Wiley &Sons。（h-k）經(jīng)許可轉(zhuǎn)載。版權(quán)所有（2022), John Wiley &Sons。

圖6界面缺陷：（a）基于單層MoS2憶阻器示意圖。（b）電阻開關(guān)過程。在( c )電子模式、( d )離子-電子模式和( e )光激活模式下，LTP強(qiáng)度的增加作為持續(xù)訓(xùn)練的函數(shù)。Ⅰ型和Ⅱ型異質(zhì)結(jié)。( f ) CsPbBr3 QDs / MoS2 MVVHT的三維示意圖。( g )異質(zhì)結(jié)處電荷產(chǎn)生和傳輸過程的示意圖：在光照下(左)和撤去光照后(右)。( h ) In2Se3 / MoS2突觸器件示意圖。( i ) In2Se3 / MoS2突觸器件的典型瞬態(tài)光響應(yīng)。( j ) In2Se3 / MoS2突觸器件陣列的成像功能。（a-b）經(jīng)許可轉(zhuǎn)載。版權(quán)所有（2018）, John Wiley &Sons。（c-e）經(jīng)許可轉(zhuǎn)載。版權(quán)所有（2018）, John Wiley &Sons。（f-g）經(jīng)許可轉(zhuǎn)載。版權(quán)所有（2020）, John Wiley &Sons。（h-j）經(jīng)許可轉(zhuǎn)載。版權(quán)所有（2022）, 美國化學(xué)學(xué)會。

多功能神經(jīng)形態(tài)應(yīng)用大腦通過感官系統(tǒng)獲取和處理外界環(huán)境的信息，包括視覺、聽覺、觸覺、傷害性系統(tǒng)等。二維材料具有優(yōu)異的電學(xué)、光學(xué)、力學(xué)和熱學(xué)性能，為在這類多功能神經(jīng)形態(tài)器件中實現(xiàn)多種功能提供了合適的基礎(chǔ)。迄今為止，二維光電突觸器件已被證明在各種人工視覺場景中具有應(yīng)用潛力，如圖7和8所示，如彩色圖像識別，自適應(yīng)圖像識別，運動識別和3D視覺偏振成像。得益于可調(diào)諧的突觸可塑性，二維突觸器件也被用于開發(fā)人工聽覺系統(tǒng)，如圖9所示，例如聲音定位和聲音模式識別。此外，如圖10所示，基于不同工作機(jī)制的觸覺傳感器已被用于構(gòu)建人工觸覺系統(tǒng)。同時，二維材料也可為開發(fā)人工痛覺感知系統(tǒng)提供了新的思路（如圖11所示）。

圖7基于二維材料的神經(jīng)形態(tài)視覺系統(tǒng)。（a )人類視覺系統(tǒng)示意圖。( b ) LTP / LTD特性。( c ) ANN光電二極管陣列示意圖。（d）三層ANN示意圖。不同的視覺信息：（e）顏色，（f）明/暗度，（g）動態(tài)圖像，（h）偏振。顏色感知和適應(yīng)：（i）單層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)示意圖。（j）單波長圖像的激活值。（k）多波長光電突觸的示意圖。（l）混合波長模式的激活值。( m ) CNN結(jié)構(gòu)和不同數(shù)據(jù)集。( n )分類結(jié)果。（a）經(jīng)許可轉(zhuǎn)載。版權(quán)所有（2022）, Springer Nature。（b）經(jīng)許可轉(zhuǎn)載。版權(quán)所有（2021）, 美國化學(xué)學(xué)會。（c）經(jīng)許可轉(zhuǎn)載。版權(quán)所有（2020）, Springer Nature。（d）經(jīng)許可轉(zhuǎn)載。版權(quán)所有（2021）, 美國化學(xué)學(xué)會。版權(quán)所有（2021）, 美國化學(xué)學(xué)會。（c-f）經(jīng)許可轉(zhuǎn)載。版權(quán)所有（2022）, John Wiley &Sons。（g）經(jīng)許可轉(zhuǎn)載。版權(quán)所有（2022）, Elsevier。（h）經(jīng)許可轉(zhuǎn)載。版權(quán)所有（2022），英國皇家化學(xué)學(xué)會。（i-l）經(jīng)許可轉(zhuǎn)載。版權(quán)所有（2022），美國化學(xué)學(xué)會。（m-n）經(jīng)許可轉(zhuǎn)載。版權(quán)所有（2022）, John Wiley &Sons。

圖8視覺適應(yīng)：（a )適應(yīng)過程的動態(tài)圖和數(shù)學(xué)描述。( b ) NFL網(wǎng)絡(luò)。( c )人眼環(huán)境適應(yīng)性示意圖。暗背景( d )和亮背景( e )下8 × 8像素陣列的結(jié)構(gòu)示意圖。對' 8 '字模式的暗視覺( f )和明視覺( g )的適應(yīng)過程。動態(tài)圖像感知：（h）運動目標(biāo)檢測示意圖。( i )原始圖像和歸一化后的像素亮度分布(左)。有、無運動物體運動檢測后的像素亮度分布(右)。( j )三色小車在不同Δt下的運動檢測。偏振感知：( k )偏振敏感光電探測系統(tǒng)原理圖。( l )三維偏振成像示意圖。（a-b）經(jīng)許可轉(zhuǎn)載。版權(quán)所有（2021）, John Wiley &Sons。（b-c）經(jīng)許可轉(zhuǎn)載。版權(quán)所有（2022）, John Wiley &Sons。（d-g）經(jīng)許可轉(zhuǎn)載。版權(quán)所有（2022）, Springer Nature。（h-j）經(jīng)許可轉(zhuǎn)載。版權(quán)所有（2021），Springer Nature. （k-l）經(jīng)許可轉(zhuǎn)載。版權(quán)所有（2022），皇家化學(xué)學(xué)會。（m-n）經(jīng)許可轉(zhuǎn)載。版權(quán)所有（2023）, John Wiley &Sons。

圖9基于二維材料的神經(jīng)形態(tài)聽覺系統(tǒng)：（a）聲音定位示意圖。( b )重合神經(jīng)元和延遲神經(jīng)元的示意圖。( b )重合神經(jīng)元和延遲神經(jīng)元的示意圖。( c )全集成的仿生聽覺器件。人工時延遲神經(jīng)元展示：( d ) ITD = -ve，( e ) ITD = 0。( f )聲學(xué)模式識別。( g )對電介質(zhì)柵控垂直突觸陣列的聲學(xué)和情感模式進(jìn)行訓(xùn)練和推理。（a）經(jīng)許可轉(zhuǎn)載。版權(quán)所有（2018），美國化學(xué)學(xué)會。（b-e）經(jīng)許可轉(zhuǎn)載。版權(quán)所有（2019），Springer Nature。（f）經(jīng)許可轉(zhuǎn)載。版權(quán)所有（2020），Springer Nature。（g）經(jīng)許可轉(zhuǎn)載。版權(quán)所有（2022），John Wiley &Sons。

圖10基于二維材料的神經(jīng)形態(tài)觸覺系統(tǒng)：( a )生物觸覺傳入神經(jīng)系統(tǒng)及其突觸的示意圖。( b )壓電效應(yīng)石墨烯突觸器件的原理圖。( c )電路原理圖。( d ) EPSC與Δtpre2 - pre1作圖。( e )人工傳入的CE激活動態(tài)邏輯示意圖。( g )紅光和綠光LED分別由TENG - 1和TENG - 2觸發(fā)。( i )人工動覺系統(tǒng)的示意圖。( h )運動信號觸發(fā)的EPSC。( i )用于評估疲勞駕駛風(fēng)險等級和標(biāo)志語言識別的人工動覺系統(tǒng)。( j )動覺朝向角度感知。（a）經(jīng)許可轉(zhuǎn)載。版權(quán)所有（2022），Elsevier。（b-d）經(jīng)許可轉(zhuǎn)載。版權(quán)所有（2019），John Wiley &Sons.。（e-g）經(jīng)許可轉(zhuǎn)載。版權(quán)所有（2021），Springer Nature.。（f-j）經(jīng)許可轉(zhuǎn)載。版權(quán)所有（2021），Elsevier。

圖11基于二維材料的神經(jīng)形態(tài)痛覺系統(tǒng)：( a )痛覺感受器在人體內(nèi)的示意圖。( b )自供能人工痛覺感受器系統(tǒng)示意圖。( c )不同力下TENG的輸出電壓峰值。( d ) 疼痛感知測試(左)。放松特性測試(右)。( e )基于PdSe2晶體管的人工痛覺感受器。( f ) PSC的三維示意圖。( g ) 5 × 5痛覺感受器陣列用于圖像預(yù)處理示意圖。( h )視覺傷害性感受器的工作機(jī)制。( i , j) 基于SCS的視覺痛覺敏化機(jī)制。（a）經(jīng)許可轉(zhuǎn)載。版權(quán)所有（2021），John Wiley &Sons.。（b-d）經(jīng)許可轉(zhuǎn)載。版權(quán)所有（2022），John Wiley &Sons.。（e-g）經(jīng)許可轉(zhuǎn)載。版權(quán)所有（2020），John Wiley &Sons.。（h-j）經(jīng)許可轉(zhuǎn)載。版權(quán)所有（2021），John Wiley &Sons.。

04

未來展望

二維材料由于其薄的原子級結(jié)構(gòu)和有趣的物理特性，為突觸器件提供了新穎和多樣的工作機(jī)制。然而，對于實際的系統(tǒng)級設(shè)備，人工神經(jīng)形態(tài)計算還遠(yuǎn)未實現(xiàn)。此外，二維材料的原子尺度特性在擴(kuò)展性和高集成度方面令人印象深刻，但集成度不足以支持未來的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。（1）高質(zhì)量二維材料的制備與轉(zhuǎn)移：二維材料的大規(guī)模生長對于集成電路設(shè)計至關(guān)重要。目前，盡管已經(jīng)實現(xiàn)了石墨烯等單元素二維材料的大面積生長。然而，大多數(shù)多元二維材料在大面積生長過程中仍未取得突破性進(jìn)展，這不可避免地導(dǎo)致器件與器件之間存在較大差異。此外，現(xiàn)實應(yīng)用場景中的二維神經(jīng)形態(tài)器件需要具有機(jī)械可變形性，這依賴于高質(zhì)量的二維材料晶圓級轉(zhuǎn)移技術(shù)，可以將原始的二維材料確定性地轉(zhuǎn)移到任意位置。目前，現(xiàn)有的方法存在固有的限制。轉(zhuǎn)移過程中不可避免的引入折疊、缺陷和雜質(zhì)，降低了器件的均勻性和成品率，導(dǎo)致器件性能下降等。（2）高性能二維器件的發(fā)展：為了實現(xiàn)高集成密度和高性能的神經(jīng)形態(tài)計算，有必要將二維突觸器件縮小到納米尺度，以便實際應(yīng)用。二維材料的原子級厚度特性在尺度效應(yīng)和高集成度方面具有顯著的優(yōu)勢。盡管如此，在不犧牲本征開關(guān)性能和神經(jīng)形態(tài)功能的前提下，仍然需要相當(dāng)大的努力來圖案化和集成小尺寸的二維神經(jīng)形態(tài)器件。此外，二維材料制備工藝與傳統(tǒng)CMOS工藝的兼容性也是限制二維神經(jīng)形態(tài)器件大規(guī)模集成的一大難點。在單個芯片上集成具有不同功能的二維器件可以顯著提高電路的性能。（3）多功能二維神經(jīng)形態(tài)系統(tǒng)的實現(xiàn)：對于高效節(jié)能的小型化處理系統(tǒng)，也需要像人腦一樣對嗅覺和味覺信息進(jìn)行感知和處理。遺憾的是，基于二維神經(jīng)形態(tài)設(shè)備的人工嗅覺、味覺感知系統(tǒng)的研究還處于初級階段。因此，可以期待未來人工智能將實現(xiàn)與現(xiàn)實世界的實時動態(tài)交互。這對于物聯(lián)網(wǎng)、無人駕駛汽車、智慧城市等許多應(yīng)用來說都是現(xiàn)實意義的。

05

作者簡介

蔣 杰

中南大學(xué)

蔣杰，中南大學(xué)物理學(xué)院教授，湖南省杰青獲得者，中南大學(xué)物理學(xué)院雙超所省重點實驗室/納米光子學(xué)與器件省重點實驗室固定成員。湖南大學(xué)與中科院寧波材料所聯(lián)合培養(yǎng)博士。曾先后在新加坡南洋理工大學(xué)電子工程系、美國奧本大學(xué)物理系從事博后科研工作。 共發(fā)表SCI論文100余篇，目前已在《Advanced Materials》《Advanced Functional Materials》《Materials Horizons》《Small》《ACS Applied Materials & Interface》《Nanoscale》《Applied Physics Letters》《IEEE Electron Device Letters 》等國際權(quán)威SCI 雜志上以第一作者或通訊作者身份發(fā)表學(xué)術(shù)論文64篇，被SCI引用3400余次，H因子33。其中一作/通訊作者論文影響因子大于15的12篇，最高IF: 32.1，最大5篇平均IF：26.1。ESI高被引論文4篇，單篇最大SCI引用289次，超100次引用論文5篇。研究成果多次被《Nature Asia Materials》、《Material Views-China》、《X-MOL》、《材料人》、《騰訊新聞》等國內(nèi)外傳媒作為“Research Highlight” 新聞報道。

何 軍

中南大學(xué)

何軍，中南大學(xué)黨委常委、副校長，僑聯(lián)主席。湖南省芙蓉學(xué)者特聘教授，國家優(yōu)秀青年科學(xué)基金獲得者。主要研究領(lǐng)域為超快非線性光學(xué)、半導(dǎo)體自旋電子學(xué)、類石墨烯材料與器件。主持國家自然科學(xué)基金項目 4 項。在以《Nat. Commun.》《Phys. Rev. Lett.》《Adv. Mater.》為代表的國際期刊發(fā)表 SCI 論文 280余篇，SCI引用 9000 余次，h-index 54。2019年以來，發(fā)表第一或通訊作者SCI論文 64 篇，其中JCR一區(qū)論文 42 篇、影響因子 10 以上論文 19 篇、單篇最大影響因子 32.086。首次提出并驗證了半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)電荷空間分離可以調(diào)控電子或空穴自旋弛豫速率的概念；觀察到半導(dǎo)體量子點多光子吸收飽和與共振現(xiàn)象并闡明其物理機(jī)制。近年來在二維材料超快非線性光學(xué)效應(yīng)、飛秒激光制備微納條紋結(jié)構(gòu)、二維材料神經(jīng)形態(tài)晶體管研究中取得重要進(jìn)展。榮獲湖南省高等教育教學(xué)成果獎一等獎 1 項（排名第3）、二等獎 1 項（排名第1）, 湖南省自然科學(xué)獎二等獎 1 項（排名第1）。入選2019年度英國皇家化學(xué)會材料類全球排名前1%高被引學(xué)者，2021年全球?qū)W者庫網(wǎng)站公布的全球排名1萬以內(nèi)學(xué)者。

二維材料力學(xué)的最新進(jìn)展

CMOS工藝兼容的神經(jīng)形態(tài)器件及其類腦感知與計算應(yīng)用

石墨烯人工突觸制造實現(xiàn)光電類腦計算應(yīng)用

關(guān)于期刊

International Journal of Extreme Manufacturing(中文《極端制造》），簡稱IJEM，致力于發(fā)表極端制造領(lǐng)域相關(guān)的高質(zhì)量最新研究成果。自2019年創(chuàng)刊至今，期刊陸續(xù)被SCIE、EI、Scopus等20余個國際數(shù)據(jù)庫收錄。2023年JCR最新影響因子14.7，位列工程/制造學(xué)科領(lǐng)域第一。中科院分區(qū)工程技術(shù)1區(qū)，TOP期刊。

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撰稿: 作者 編輯：范珂艷 審核：關(guān)利超

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