人工智能学院袁锐老师作为第三完成人《神经形态器件跨尺度场调控及高效时空信息处理方法研究》申报北京市科学技术奖自然科学奖。现予以公示。
一、公示期限：2025年6月9日至6月13日。
二、意见受理单位及联系方式：
受理单位：西南大学人工智能学院
所在二级单位受理电话：023-68250322
受理联系人：李方
电子邮箱：1109832471@qq.com
反映情况的要求：（一）公示期内，如对公示对象有异议的，请以书面信函的方式向所在二级单位纪委反映。（二）反映人要用真实姓名、反映情况要求实事求是，真实、具体。
三、项目名称
神经形态器件跨尺度场调控及高效时空信息处理方法研究
四、申报奖项
北京市科学技术奖自然科学奖
五、项目简介
半导体器件是集成电路的基石，有着重要的科学和战略意义。随着集成电路发展迈入后摩尔时代，晶体管尺寸进一步微缩面临制造技术和物理效应的双重限制，神经形态计算成为后摩尔时代提升集成电路性能和效率的重要计算范式，但其对底层器件的设计原理、调控手段及性能提出了全新的要求与挑战。项目组围绕新型神经形态器件开展系统研究，揭示了纳米尺度氧离子输运主导的阻变新机理，发现了离子动力学调控的新方法，实现了高精度神经形态器件及高效时空信息处理关键应用。本项目的系列原创成果形成了体系化的神经形态器件设计理论和实验方法，具有重要的科学价值和应用前景。
本项目得到的重要科学发现和成果如下：
1.发现了氧化物神经形态器件机理表征的新方法，揭示了纳米尺度下氧离子输运主导的阻变微观机理，获得了基于离子扩散/嵌入动力学调控的器件设计新思路，为实现高精度低功耗的神经形态器件奠定了理论基础。
2.揭示了基于纳米离子动力学的神经形态器件功能设计原理，实现了超低能耗、多弛豫时间尺度的时敏人工突触器件与可校准、时空整合、增益调制的人工神经元，为动态时空信息的类脑智能处理奠定了元器件基础。
3.提出了人工突触与人工神经元单片异质集成方法，揭示了全忆阻神经网络仿生设计原理，构建了全忆阻神经形态智能计算硬件，实现了脉冲神经形态多模感知系统与高效动态时空信息处理的关键功能。
本项目围绕纳米尺度高智能低功耗神经形态器件研究获得了重要学术进展与国际影响力。项目组系列研究成果发表于Nature Electronics等国际顶级期刊，5篇代表性论文中有4篇入选ESI高被引论文，被Nature、Nature Nanotechnology、Nature Electronics等顶级SCI期刊他引1023次。项目组应邀做国内外学术会议主旨报告和特邀报告94次，指导学生获国际学术会议最佳论文奖2项，1人获中国电子教育学会优秀博士论文。项目组基于纳米离子动力学设计原理构建的人工突触器件实现了与生物突触相当的超低功耗，相关工作被美国麻省大学J.J. Yang教授评价为“富有前景的技术”，并作为对比标杆被广泛引用。美国西北大学Mark C. Hersam教授（IEEE/APS/MRS/SPIE Fellow）在特邀综述中评价本项目多模融合储备池计算成果为“神经形态器件与电路的关键里程碑（key milestones）”。
本项目获得的神经形态器件系列创新成果为后摩尔时代集成电路技术的发展奠定了坚实的理论和实验基础。
六、代表性论文专著目录
代表性论文（专著）目录 |
序号 |
论文（专著）名称/刊名/作者 |
年卷页码 （xx年xx卷xx页） |
发表时间 （ 年 月 日） |
通讯作者 （含共同） |
第一作者 （含共同） |
国内作者 |
他引总次数 |
检索数据库 |
论文署名单位是否包含国外单位 |
1 |
Probing nanoscale oxygen ion motion in memristive systems/Nature Communications/杨玉超，张小娴，秦靓，曾齐斌，裘晓辉，黄如 |
2017年8卷15173页 |
2017年5月4日 |
杨玉超，裘晓辉，黄如 |
杨玉超，张小娴 |
杨玉超，张小娴，秦靓，曾齐斌，裘晓辉，黄如 |
114 |
SCI-E |
否 |
2 |
An optoelectronic synapse based on α-In2Se3 with controllable temporal dynamics for multimode and multiscale reservoir computing/Nature Electronics/刘柯钦，张腾，党丙杰，鲍霖，徐丽莹，程彩蝶，杨振，黄如，杨玉超 |
2022年5卷761-773页 |
2022年10月13日 |
黄如，杨玉超 |
刘柯钦 |
刘柯钦，张腾，党丙杰，鲍霖，徐丽莹，程彩蝶，杨振，黄如，杨玉超 |
214 |
SCI-E |
否 |
3 |
Ion Gated Synaptic Transistors Based on 2D van der Waals Crystals with Tunable Diffusive Dynamics/ Advanced Materials/朱嘉迪，杨玉超，贾润东，梁中新，朱文，Zia Ur Rehman，鲍霖，张小娴，蔡一茂，宋礼，黄如 |
2018年30卷1800195页 |
2018年4月17日 |
杨玉超 |
朱嘉迪 |
朱嘉迪，杨玉超，贾润东，梁中新，朱文，鲍霖，张小娴，蔡一茂，宋礼，黄如 |
367 |
SCI-E |
否 |
4 |
A calibratable sensory neuron based on epitaxial VO2 for spike-based neuromorphic multisensory system/Nature Communications/袁锐，段庆熙，张柏骏，李格，肖卓建，荆兆坤，杨可，刘昌，葛琛，黄如，杨玉超 |
2022年13卷3973页 |
2022年7月8日 |
黄如，杨玉超 |
袁锐 |
袁锐，段庆熙，张柏骏，李格，肖卓建，荆兆坤，杨可，刘昌，葛琛，黄如，杨玉超 |
128 |
SCI-E |
否 |
5 |
Spiking neurons with spatiotemporal dynamics and gain modulation for monolithically integrated memristive neural networks/ Nature Communications/段庆熙，荆兆坤，邹晓龙，王洋昊，杨可，张腾，吴思，黄如，杨玉超 |
2020年11卷3399页 |
2020年7月7日 |
黄如，杨玉超 |
段庆熙 |
段庆熙，荆兆坤，邹晓龙，王洋昊，杨可，张腾，吴思，黄如，杨玉超 |
200 |
SCI-E |
否 |
合 计 |
1023 |
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七、主要完成人
排名：1，姓名：杨玉超，技术职称：教授，工作单位：北京大学，完成单位：北京大学。
对本项目重要科学发现的贡献：项目负责人，负责研究方向、方案和路线的确定及具体实施，是科学发现点1、2和3的主要发现人，与第二完成人一起提出并研究了神经形态器件阻变机理，是关键实施者；与第三、第四、第五、第六和第七完成人一起提出并研究了神经形态器件设计原理、调控方法与集成技术。旁证：代表性论文[1][2][3][4][5]的通讯作者，代表性论文[1]的第一作者。
排名：2，姓名：刘柯钦，技术职称：助理研究员，工作单位：北京大学，完成单位：北京大学。
对本项目重要科学发现的贡献：对科学发现点2和3做出了贡献，与第一和第二完成人一起提出和研究了多尺度动态人工突触器件，是关键实施者；与第一和第二完成人一起提出和研究了基于神经形态器件的动态时空信息处理应用，是关键实施者。旁证：代表性论文[2]的第一作者。
排名：3，姓名：袁 锐，技术职称：教授，工作单位：西南大学，完成单位：北京大学。
对本项目重要科学发现的贡献：对科学发现点2和3做出了贡献，与第一和第二完成人一起提出和研究了可校准神经元电路，是关键实施者；与第一和第二完成人一起提出和研究了脉冲神经形态多模感知系统，是关键实施者。旁证：代表性论文[4]的第一作者。
排名：4，姓名：段庆熙，技术职称：无，工作单位：天翼云科技有限公司，完成单位：北京大学。
对本项目重要科学发现的贡献：对科学发现点2和3做出了贡献，与第一和第二完成人一起提出和研究了多端耦合神经元电路，是关键实施者；与第一和第二完成人一起提出和研究了神经形态器件集成技术，是关键实施者。旁证：代表性论文[5]的第一作者。
排名：5，姓名：朱嘉迪，技术职称：无，工作单位：麻省理工学院，完成单位：北京大学。
对本项目重要科学发现的贡献：对科学发现点1和2做出了贡献，与第一和第二完成人一起提出和研究了基于离子扩散/嵌入动力学的调控方法，是关键实施者；与第一和第二完成人一起提出和研究了超低功耗时敏突触器件，是关键实施者。旁证：代表性论文[3]的第一作者。
排名：6，姓名：张 腾，技术职称：助理研究员，工作单位：北京大学，完成单位：北京大学。
对本项目重要科学发现的贡献：对科学发现点3做出了贡献，与第一、第二和第三完成人一起提出和研究了基于神经形态器件的动态时空信息处理应用，是关键实施者。旁证：代表性论文[2][5]的共同作者。
八、主要完成单位
北京大学
西南大学人工智能学院
2025年6月9日