离子电子学iontronics推进着电子学和生物学之间融合,其中水介质中的离子迁移控制传感和记忆。然而,德拜Debye屏蔽效应,将电场限制到德拜长度,即移动离子屏蔽静电相互作用的距离,需要外部电压来限制操作速度和器件设计。
近日,伯克利加州大学联合北京大学研究团队,在Nature Materials上发文,报道了一种基于二氧化钒(VO2)的高速内存传感器,并且利用德拜长度的内置电场,在没有外部电压的情况下工作。在盐溶液中,当VO2接触低功函数金属(例如,铟)时,电化学反应产生铟离子,在自然电场下迁移到VO2表面,诱导VO2表面绝缘体-金属相变。VO2电导增加率反映了盐浓度,实现了溶液的内存感测或memsensing。
“忆感器”是指融合“记忆(memory)”与“传感(sensing)”功能的器件,与部分文献中用于指代“记忆+电感”(meminductor)的“忆感器”不同。研究不仅实现了感知与记忆功能的物理集成,还展示了其在仿生智能导航中的潜力。
通过将多个忆感器加装于小船底部,MemSensor模拟了秀丽隐杆线虫(Caenorhabditis elegans)的的基于“盐历史记忆”化学导航行为,为水下机器人与环境智能交互提供了全新的低功耗解决方案。(注:器件的“感知”体现在电阻下降速率随盐浓度而变,“记忆”则源于掺杂引发的非易失相变,即使移除盐溶液后仍能保留电导状态)

图1. 高速、无偏压的离子型忆感器