随着科学技术的发展,社会对信息处理与信息存储提出了更高的要求。在这种时代背景之下,基于冯·诺依曼体系的传统计算系统由于数据存储单元与数据处理单元的分离,其数据处理的速度与能耗已经越来越难以满足需求。相比之下,人类大脑被视为强大的信息处理中心。受大脑启发而提出的神经形态计算系统,有望解决传统冯·诺依曼体系的瓶颈,实现低能耗、高效率地计算、存储数据。在大脑中,信息的传递与处理依赖于神经、突触的协同配合。模拟人脑行为并研究其机制,实现具有突触行为功能的电子器件是实现神经形态计算系统的关键环节。传统方法使用多个电子元件构建电路模拟突触行为和功能,这会导致电路复杂的结构与较高的能耗。近年来,忆阻器由于其功耗低、响应速度快、稳定性好、易于集成,与传统的CMOS相适应等优点,以及具有与突触相似的结构且可重复调控的电导,成为了作为人工电子突触器件的有力竞争者,应用于神经形态计算领域。首先研究了HfO2/BFO双层结构忆阻器的阻变特性和突触仿生功能。将超薄的铁酸铋薄膜插入到氧化铪基忆阻器中,制备了Pt/BFO/HfO2/Ti N忆阻器。得到了该忆阻器器件在直流电压扫描下的多级阻态性能与电导渐变性能。实现了该忆阻器在脉冲模式下的电导可调控性能说明器件成功实现了对神经突触系统中突触权重逐渐调节过程的模拟。并实现了该忆阻器对突触中的学习规则尖峰时间依赖可塑性（STDP）的模拟。最后,构建了3×3的忆阻器阵列完成实现了学习与记忆功能。研究了基于二维材料TiS3纳米带的Al/TiS3/ITO光电忆阻器阻变性能。Al/TiS3/ITO光电忆阻器具有简易的操作过程、稳定的双极性阻变特性、优秀的开关比和保持性能,且不需要限制电流。器件在不同波长光信号的刺激下,器件具有不同高阻态电流值的I-V曲线。通过对器件的机制拟合并结合能带图、阻变模型图分析,得到了器件的阻变机制。基于TiS3纳米带的光电忆阻器的阻变特性,进一步研究了其突触仿生功能。该光电忆阻器器件具有在脉冲模式下的电导可调控功能,实现了对神经突触系统中突触权重的逐渐调节过程的模拟。此外,该光电忆阻器实现了尖峰时间依赖可塑性（STDP）与光增强电抑制功能。最后,对器件施加合适的光刺激信号与电刺激信号,该光电器件完成了对典型的联想学习行为巴普洛夫条件反射的模拟。综上所述,论文通过结构设计和材料优选的方法,获得了基于新型铁电材料HfO2/BFO双层阻变层结构的忆阻器及基于新型材料二维TiS3纳米带的光电忆阻器,研究其阻变性能并实现了突触仿生功能。这对忆阻器在非易失性存储领域和神经形态领域的应用都具有很大意义,为后续多功能器件的实现,完成感知学习系统提供了可行的思路。