硅基逻辑晶体管作为传统冯诺依曼架构中处理器和存储器的关键组成单元已经延续了半个多世纪。然而随着器件特征尺寸的不断降低，物理缩放极限的到来使得摩尔定律越来越难以延续，同时大数据和人工智能技术的飞速发展令冯诺依曼架构面临不可避免的功耗和速度瓶颈。近些年来，研究者正努力寻找可能替换硅基逻辑晶体管以用于非冯诺依曼架构的新材料和新器件，而忆阻器由于其出色的性能被认为是下一代高密度存储器和存内计算最有希望的候选者之一。

针对上述问题，华中科技大学的信息存储研究所与复旦大学的周鹏教授团队合作提出了一种基于二维HfSe2材料的具备超低功耗的忆阻器，并用此器件实现了超低功耗的布尔逻辑运算功能。

研究团队创新性的利用二维HfSe2的不稳定性（在空气极易被自发氧化为“高k” 电介质HfOx），采用氧等离子体处理方式实现了氧化层质量和厚度的可控性，并将经氧化处理的材料用于阻变功能层。器件表现出优异的双极性阻变行为，其操作电流和功耗分别降到了超低的 100 pA 和 0.1 fJ-0.1 pJ。

存内计算作为非冯诺依曼计算架构的典范，可以大大提高计算效率，特别适用于数据密集型任务。而忆阻按位逻辑计算是与忆阻模拟计算相当的一类重要的存内计算方法。这里研究团队通过采用基于四个变量的时序逻辑方法，成功将基于二维 HfSe2 的忆阻器应用于超低功耗的布尔逻辑计算，此工作有希望为未来低功耗存内计算应用提供一种理想的逻辑器件。

相关研究以“Low-power memristive logic device enabled by controllable oxidation of two-dimensional HfSe2 for in-memory computing”为题发表在国际知名期刊《Advanced Science》上，硕士生刘龙和李祎副教授为本文的共同第一作者，徐明教授、缪向水教授和复旦大学的周鹏教授为共同通讯作者。

论文信息和网页链接：

L. Liu, Y. Li, X. Huang, J. Chen, Z. Yang,K.-H. Xue, M. Xu, H. Chen, P. Zhou, X. Miao, Advanced Science, 2005038 (2021).

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202005038