上海大学力学与工程科学学院博士研究生薛亦璇等人基于纳米尺度下多态石墨烯/富勒烯/石墨烯异质结构，设计了一种通过应变调控的新型非易失性机械计算机。相关成果发表在Applied Physics Reviews上，并且被编辑部遴选为期刊亮点文章（Featured Article）。薛亦璇为第一作者，江进武教授和波士顿大学Harold S. Park教授为通讯作者。
传统硅基电子计算机的发展给人类社会带来了一场重大的变革，但它在极端环境下仍无法正常工作。近年来，为了使得电子计算机能够在更严苛、更复杂的工作环境下满足不同领域的生产需求，科学家们陆续提出了多种非传统计算机对电子计算机的性能进行增强，如稳定于高温等环境下的基于机械运动的机械计算机。尤其是纳米尺度下的机械计算机与传统电子晶体管处于同一尺寸量级，这提供了将机械计算平台和电子计算平台两者优点相结合的机会。目前需要额外能量输入来保持动态稳定性的易失性纳米机械计算机大多数用于逻辑运算，基于准静态结构转换的非易失性体系在更多情况下用于数据储存。然而，对于需要间歇性能源的无电池计算系统和内存计算等特殊情况，使用非易失性机械计算机作为逻辑运算更有利。其可以在没有额外外部能量输入的情况下存储离散状态信息。而今大多数纳米机电非易失系统仍然需要静电驱动，这可能会限制其实际应用并阻碍集成。
薛亦璇等人以石墨烯/富勒烯/石墨烯异质结构为例，通过分子动力学模拟表明基于富勒烯的夹层结构具有多种稳态结构（International Journal of Solids and Structures 281 (2023): 112419）。这些结构依赖于二维材料和富勒烯的面积比：富勒烯在面积比 1π 下可由圆形转变为矩形，随着面积比的增加，矩形富勒烯周围吸附的二维材料由于弯曲能和内聚能之间的竞争而分离。这种吸附-分离结构的转换可使石墨烯/富勒烯/石墨烯异质结构的界面热阻表现出阶梯状的增强（International Journal of Heat and Mass Transfer 212 (2023): 124222）。因此，石墨烯/富勒烯/石墨烯异质结构中的吸附和分离结构可通过应变改变内聚能发生转换，从而构建机械计算机中的关键组件-机械储存器（一位及二位）和逻辑门（NOT, AND, OR, NAND, NOR, XOR,及XNOR），所改变的机械信号可通过热学信号被观测。研究表明，石墨烯/富勒烯/石墨烯机械计算机在高温和低温（10K-500K）等极端环境下具有优异的稳定性和鲁棒性，预估的误差率仅为0.97%。同时，石墨烯/富勒烯/石墨烯机械计算机不仅能够在没有外部干预的情况下恢复到原始的逻辑功能，还能够实现可重新编程性和时序逻辑，从而降低集成的复杂性，构建具有更复杂和更灵活功能的设备。这些发现为开发基于大型纳米材料的机械计算机提供了新的机会。
江进武教授课题组长期从事微纳米力学和热学的基本原理研究，此前曾预测黑磷负泊松比效应，发展原子间相互作用势，研究二维纳米材料传热等一系列纳尺度力热工作。工作得到国家自然科学基金以及之江实验室支持。
