On-demand synaptisk elektronik:Kredsløb, der lærer og glemmer

Forskere i Japan og USA foreslår en nanoionisk enhed med en række neuromorfe og elektriske multifunktioner, der kan tillade fremstilling af on-demand konfigurerbare kredsløb, analoge hukommelser og digital-neurale fusionerede netværk i én enhedsarkitektur.

Synaptiske enheder, der efterligner lærings- og hukommelsesprocesserne i levende organismer, tiltrækker ivrig interesse som et alternativ til standard computerelementer, der kan hjælpe med at udvide Moores lov ud over de nuværende fysiske grænser.

Men indtil videre er kunstige synaptiske systemer blevet hæmmet af komplekse fremstillingskrav og begrænsninger i de indlærings- og hukommelsesfunktioner, de efterligner. Nu Rui Yang, Kazuya Terabe og kolleger ved National Institute for Materials Science i Japan og University of California, Los Angeles, i USA har udviklet to-, tre-terminal WO3-x-baserede nanoioniske enheder, der er i stand til en bred vifte af neuromorfe og elektriske funktioner.

I sin oprindelige uberørte tilstand har systemet meget høje modstandsværdier. Ved at feje både negative og positive spændinger hen over systemet reduceres denne modstand ulineært, men det vender snart tilbage til sin oprindelige tilstand, hvilket indikerer en flygtig tilstand. Påføring af enten positive eller negative impulser ved den øverste elektrode introducerer et blødt sammenbrud, hvorefter fejning af både negative og positive spændinger fører til ikke-flygtige tilstande, der udviser bipolær modstand og ensretning i længere perioder.

Forskerne tegner ligheder mellem enhedsegenskaberne - flygtige og ikke-flygtige tilstande og den nuværende fadingproces efter positive spændingsimpulser - med modeller for neural adfærd - dvs. kort- og langtidshukommelse og glemmeprocesser. De forklarer adfærden som et resultat af iltioner, der migrerer inden i enheden som reaktion på spændingssweep. Akkumulering af iltionerne ved elektroden fører til Schottky-lignende potentialbarrierer og de resulterende ændringer i modstand og ensretterkarakteristika. Den stabile bipolære omskiftningsadfærd ved Pt/WO3-x-grænsefladen tilskrives dannelsen af ​​det elektrisk ledende filament og oxygenabsorberbarheden af ​​Pt-elektroden.

Som forskerne konkluderer, "Disse muligheder åbner en ny vej for kredsløb, analoge hukommelser, og kunstigt sammensmeltede digitale neurale netværk ved hjælp af on-demand programmering ved input puls polaritet, størrelse, og gentagelseshistorie."