作为一种前沿信息技术，如何实现近零功耗分子神经形态器件的超小尺寸制造与集成是发展分子计算芯片所面临的核心挑战。然而，由于器件电导的低功耗和非易失性调制之间存在能量势垒悖论，构建理想的分子计算芯片仍需解决诸多难题。针对这一情况，上海交通大学信息与电子工程学院（集成电路学院刘钢研究员团队与华东理工大学陈彧教授合作，设计了一种可以模拟生物神经系统中依靠离子和神经递质等化学物质非易失性调控突触强度的有机小分子四苯基卟啉四磺酸（TPPS）。利用具有自然界最大荷质比的氢离子（即质子）作为器件电导调控的物理载体，通过其在低电场驱动下的顺序迁移、钉扎惯性和自配位掺杂效应在带隙中引入稳定的中间能级，折中分子薄膜内建电场和外加电场的整体影响，在尺寸为10 μm-100 nm的人工突触中实现了最低功耗仅为6.5 fW、保持时间超过30 min、器件间波动低于3‰的64态电导调制特性，并展示了具有优异鲁棒特征的尖峰速率依赖性塑性（SRDP）和尖峰时序依赖性塑性（STDP）。这是目前报道功耗最低、稳定性最高的分子神经形态器件，为构建近零功耗的分子计算芯片奠定了材料基础。
这种分子计算芯片可具有独特的光电、热电、压电响应以及优异的机械柔韧性，可以模拟生物智能感知和处理信号的功能，并具有接近单分子水平的超小尺寸制造潜力，是构建意念机器人、人机孪生智能等未来技术的天然优势载体。系列研究成果先后以“An ultrasmall organic synapse for neuromorphic computing”和“Approaching the Zero-Power Operating Limit in a Self-Coordinated Organic Protonic Synapse”为题发表在《Nature Communications》和《Advanced Science》上。上海交通大学是上述论文的第一通讯单位，化学化工学院博士研究生刘书智和上海交通大学信息与电子工程学院（集成电路学院刘钢研究员分别是两篇论文的第一作者和通讯作者，复旦大学周鹏教授、合肥工业大学张章教授、宁波材料所张若愚教授以及华东理工大学陈彧教授分别是两篇论文的共同通讯作者。上述工作得到了国家自然科学基金（62111540271, 61974090）和国家重点研发计划（2022YFB4700102）的支持。
