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一彩娱乐平台:基础科学探索和技术应用发展迫切需要一个能够同时接收、转换和传输离子和电子信号的接口。
浏览: 发布日期:2019-04-19

有机体和电子设备一直是两个同样美丽但从来没有关联的世界。。 这是因为动物和人类的信息传递主要是通过离子迁移(氢离子、钾离子、钠离子等)实现的),而在现代电子设备(例如场效应晶体一彩娱乐主管管,计算机的核心部件)中,电子(空穴)决定了设备的传输和计算功能

这两种不同的“语言”(离子和电子)自然会在生物体和电子设备之间产生巨大的差距。

在人工智能飞速发展的时代,无论是个性化医学中的疾病检测,还是生物智能信号的分析,甚至是实现人机交互集成的信号传输(参见ghostintheshell),基础科学探索和技术应用开发都迫切需要一种能够同时接收/转换/传输离子和电信号的接口。

最近,在PurdueUniversity材料工程学院ShriramRamanathan教授的研究团队的领导下,与该校的其他研究团队合作,美国能源部(DOE)argonneNationLaboratory的研究团队和其他研究团队发现,smnio(SNO)钙钛矿镍酸盐材料可以接受生物反应产生的质子(氢原子)转移,并在不消耗任何外部能量的情况下改变其能带结构,从而产生电信号,实现离子和电子两种不同语言之间的“翻译”。该材料可与硅基半导体系统集成制备现代电子器件,其独特的强量子电子相关性使器件响应非常灵敏,在现代电子器件开发和人机交互领域具有巨大潜力。研究结果的标题是“Perovskittickkelatesassio-电子接口”,最近发表在《自然通讯》杂志第10期,文章编号:1651(2019 (2019))。这篇文章的第一作者是吉尔布雷特·希尔费勒,吉尔布雷特博士。海-张甜),拉马纳森教授研究小组博士后研究员。樊佐)。

近年来,拉马纳森教授的研究小组致力于开发基于强电子-电子相关性的相变材料在神经计算、能量和生物模拟中的应用。电子和电子的这种强相关性使得这些材料的光电特性对外部刺激(温度、压力、化学掺杂等)非常敏感。),从而诱导金属-绝缘体相变并在指数水平上调节材料性能。近年来,这一现象被巧妙地应用于前沿材料-生命-能量交叉科学领域,如固体氧化物燃料电池(Nature,2016,534,231)、神经计算功能模拟(NatureCommunication2017,8,240)、海洋生物器官模拟(Nature2018,553,68)和固体锂离子电解质(PNAS2018,115,9672)。

在上述工作中,拉马纳森教授的研究小组发现钙钛矿镍盐材料的电学性质对化学掺杂非常敏感。通过氢离子和锂离子的化学掺杂,可以调节和控制这类材料的电子浓度,从而触发莫特跃迁(MottTransition),进一步将材料的电阻率调节在指数级(108-1010倍)。然而,自然界中最丰富的离子源之一是生物体中的反应。可以想象,如果我们能够通过引入来自自然界的离子信号来掺杂镍钙钛矿材料,那么一种能够接受自然界的“语言”,同时通过金属绝缘体相变将其转化为电信号的装置,就可以为现代人机交互的发展提供一个广阔的研发平台。

这项研究首次发现,SNO材料可以自发参与生物分子及其生物酶的反应过程,并实现氢原子从这一反应到SNO晶格的化学掺杂,使得SNO镍离子对应的能带可以被电子填充,载流子浓度可以改变以诱导莫特相变,进而为生物反应产生电信号感知。研究人员对两种生物酶反应进行了实验,乳糖是产生生物能所必需的糖,多巴胺是一种化学物质。(一)和(二)基于SNO的设备和小鼠大脑组合示意图。小鼠大脑和实验装置关节的物理图。

(a)SNO参与乳糖酶反应的示意图,以及反应机理(b)和(c).

(a)SNO通过莫特相变从而改变电阻.(b)SNO对乳糖反应灵敏性和现有其他方法的比较.

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(a)通过X射线衍射谱(XRD)发现新相GSNO的生成.(b)同步辐射X射线吸收谱(XAS)发现了镍能带结构的改变.(c)和(d)基于分子动力学对反应过程在热力学和动力学层次的计算模拟.

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(a)和(b)基于SNO的器件和小鼠大脑结合的示意图.(b)小鼠大脑和实验器件接合的实物图.

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