基于忆阻的信息动态存储与获取理论及实现技术

忆阻的成功研制预示电路理论发生了根本变革，有望彻底改变现有信息处理方式。本项目充分利用忆阻的记忆功能、纳米级尺寸、快速开关以及耗电量低等特性，构建基于忆阻的新型非线性电路系统。需要存储与获取的信息被设计为忆阻电路系统的吸引子，以动态映射对应的方式被保存在忆阻电路系统的连接权中，通过所设计的忆阻电路系统的连接权和动力学响应得以被存储与被获取。研究忆阻电路系统的动力学行为，发展更加合理的连接权空间动态划分方法，建立新的多吸引子理论与方法，实现对目标模式(流)更精确的动态存储和获取。利用忆阻既具有模拟工作模式又具有数字工作模式的特点，设计新型模拟计算机的电子神经元突触，研制一种全新构架的高密度、大容量、高速存取的非易失型存储器。创建全新的基于忆阻的信息动态存储与获取理论。本项目的研究对非线性科学、信息存储和获取等学科的发展将产生重要的推动作用，开创用忆阻进行信息动态存储和获取的新途径及实现技术。

传统的数据存储方式存在体积大、易失性、读写速度慢、或对环境极端敏感等问题，忆阻的物理实现为新型信息存储提供了契机。本项目立足于忆阻，建立基于忆阻的信息动态存储的理论体系和实现方法。.本项目分析了忆阻的记忆、串并联、离子迁移等特性，提出了分片窗口函数、HP忆阻的扩展线性迁移、分片线性近似、拟理想忆阻系统、适用于突触电路的压控阈值、基于Verilog-A的等忆阻模型，设计了基于光滑链接超平面神经网络的建模方法，这些模型为分析和设计各类基于忆阻的应用奠定了模型基础。.运用Filippov关于右端不连续微分系统、集值映射和微分包含等理论，研究了时滞忆阻递归神经网络平衡点和周期解的存在性、全局指数稳定性的充分判据、Lagrange稳定性、无源性、系统间同步、复合同步的控制方法，实现了基于脉冲控制理论的传递投影同步方法。研究了忆阻混沌系统的全局同步、指数同步、指数镇定，给出了有限时间稳定和同步的条件。设计了连续和不连续忆阻递归神经网络的联想记忆算法，证明了忆阻系统及周期性外部输入条件下两种形式系统解的存在性，建立了系统稳定的代数判据。这些动力学行为为建立基于忆阻的动态存储理论体系奠定了基础。.设计了基于忆阻的非易失性存储器及读、写、擦除操作方法和测试电路、基于忆阻的新型存储阵列、各种忆阻逻辑运算电路。指出了实质蕴涵操作不能连续运算的不足，提出了新的非实质蕴涵逻辑操作，来实现连续逻辑运算。提出了硫系化合物忆阻器件、高阶忆阻器件的制备方法。这些电路为实现基于忆阻的动态存储与获取奠定了实验基础。.依托本项目共发表与录用132篇论文，其中SCI收录（或源刊）105篇，论文被他人引用1000余次；获国家科技进步奖二等奖1项、湖北省科技进步奖一等奖1项、湖北省自然科学奖二等奖1项；授权发明专利2项；为15名博士生（1人获中国自动化学会优博论文，1人获中国人工智能学会优博论文，5人获湖北省优博论文）、32名硕士生提供研究课题及经费支持。