计算机芯片越来越小，散热越来越难。发热通常被视为电子设备的“头号杀手”。

但东南大学陈云飞、沙菁㨗教授团队（范钦扬、徐昌晖等）反其道而行之——把纳米孔道里的“自加热效应”变成了“记忆开关”。

他们开发了一种自加热诱导阻塞忆阻器（SIBM），利用焦耳热驱动盐类析出，在纳米尺度上实现了类脑计算。成果于2026年7月14日发表于《自然·通讯》。

把“发热”变成“记忆”

传统忆阻器靠电子“记住”电流历史。东南大学团队在纳米孔道中灌入硫酸铈（Ce₂(SO₄)₃）——一种溶解度随温度升高而下降的无机盐。

高电压下，纳米孔道成为“局部热点”，硫酸铈因过热而析出结晶，堵塞孔道，器件进入高阻态。电压降低后温度下降，结晶溶解，孔道恢复畅通。

加热→析出→堵塞→冷却→溶解→恢复——这个循环就是SIBM的“记忆”本质。

Figure 1（SIBM设计与基本电学特性）

实验证实：确凿的证据链

团队设计了一套严密的对照实验：

• 非焦耳热因素排除：替换Ag/AgCl电极后器件仍保持高阻态，EDS确认电极表面无阻塞层——排除电化学反应干扰。
• 直接观测沉淀：SEM和AFM在孔道内捕捉到析出物，EDS确认其主成分为结晶态Ce₂(SO₄)₃。
• 普适性验证：换成其他具有逆溶特性的盐（Ca(OH)₂、Li₂CO₃），同样出现忆阻行为，证明机制具有普适性。

Figure 2（电学特性调控）

关键特性：负微分电阻

SIBM的I-V曲线在析出和溶解两个阶段都出现了负微分电阻（NDR）——电流随电压增加反而下降。这种特性与生物神经元的“全或无”响应高度相似，为构建脉冲神经元提供了可能。

功能演示：从突触可塑性到化学传感

团队用SIBM实现了一系列类脑功能：

• 双脉冲抑制（PPD）：第二个脉冲引发的电流响应低于第一个，且抑制程度随脉冲间隔和幅值变化——模拟了突触的时间依赖性可塑性。
• 频率选择性响应（SRDP）：高频脉冲串引发电流持续下降，低频脉冲串几乎不变——模拟了生物突触的频率滤波特性。
• 记忆与遗忘：通过交替施加“记忆电压”（5V）和“遗忘电压”（-2.5V），实现离子电导的反复调控，模拟了生物的记忆形成与消退过程。
• 联想学习：用“铃铛”信号（低电压）和“食物”信号（高电压）交替训练，最终仅凭“铃铛”信号就能诱发响应——在流体忆阻器中复刻了巴甫洛夫条件反射实验。

更接近大脑：化学突触

团队设计了一款化学突触器件，用pH变化模拟“神经递质”释放。酸性溶液能溶解硫酸铈沉淀，使孔道恢复畅通——电流上升；停止注入后pH恢复，沉淀重新形成——电流下降。连续多次化学刺激都能产生可重复的响应，且这种响应只在超过阈值电压（5V）时才出现。

Figure 5（化学突触器件）

阵列化：5×4图像存储阵列

团队将PDMS微通道与纳米孔芯片垂直交叉组装，在每个交叉点形成一个独立的SIBM单元。他们在这个5×4阵列上成功实现了“S”→“E”→“U”的图像写入、读取和擦除循环，展示了SIBM在集成信息存储和计算方面的潜力。

Figure 6（图像存储阵列）

研究意义

第一，为流体忆阻器提供了一种全新的物理机制。

此前流体忆阻器大多依赖离子浓差极化或电化学反应。SIBM开辟了“热致相变”这条新路，自加热不再是“副作用”，而是“功能引擎”。

第二，更逼真地模拟了生物系统。

生物神经活动本身就与温度密切相关——离子通道的开关速率、动作电位的传导速度都受温度调控。SIBM将热效应作为记忆核心机制，在物理层面更贴近真实生物系统。

论文信息：Self-heating-induced blocking in nanopores enables neuromorphic ionic computing，Nature Communications，2026，DOI: 10.1038/s41467-026-75570-z

总结：

焦耳热驱动硫酸铈可逆析出堵塞纳米孔道→阈值型阻变与负微分电阻→实现突触可塑性、联想学习与化学突触→5×4流体忆阻器阵列支持图像存储与擦写。