记者从中国科学技术大学获悉，该校郭光灿院士团队孙方稳课题组和国家同步辐射实验室/核科学技术学院邹崇文课题组合作，制备了基于二氧化钒（VO2）相变薄膜的类脑神经元器件，并利用金刚石中氮-空位（NV）色心作为固态自旋量子传感器探测了神经元突触在外部刺激下的动态连接，展示了类脑神经系统中多通道信号传递和处理过程。这项研究成果近日在国际学术期刊《科学进展》（Science Advances）发表。

△类脑神经元动态网络结构示意图

类脑神经元器件，即通常所说的类脑芯片，是指利用神经形态器件去模拟人脑中的神经元、突触等基本功能，再进一步将这些神经形态器件联结成人工神经网络，以模拟“大脑”的信息处理和存储等复杂功能。

二氧化钒（VO2）作为典型的氧化物量子材料，在近室温附近具有可逆的绝缘-金属相变，是制备高开关比突触器件的理想材料。本研究中，课题组研究人员基于近十年二氧化钒的研究基础，利用氧化物分子束外延设备克服了高纯相结构的单晶二氧化钒薄膜的制备瓶颈，从而直接模拟了神经元之间的突触动态连接过程。

△外加电场和激光调制下的VO2导电丝形成的金刚石NV量子成像

此外，对于神经元突触单元之间的动态连接过程，实验人员创新性利用金刚石中氮-空位色心进行量子传感成像，清晰揭示了基于二氧化钒类脑神经系统中多通道信号处理和传导途径与外在刺激之间的关联，为构筑大规模人工突触分层组织和神经形态结构提供了直接的实验依据。