(a):Flyktiga (korttids) minnesegenskapen hos tvåterminala Pt/WO3-x/Pt-anordningar före formningsprocessen. Strömändring observerad genom att applicera en sekvens av positiva spänningspulser med intervaller på 40 s och bredder på 0,5 s. Lässpänningen var 0,5 V. (b):Icke-flyktig (långtids) minnesegenskap i enheten efter formningsprocess efter applicering av en sekvens av positiva och negativa pulser med bredder på 0,1 ms. Avläst spänning var 0,1 V. (c):Schematisk illustration av anordningens strukturer före och efter formningsprocessen.
Forskare i Japan och USA föreslår en nanojonisk enhet med en rad neuromorfa och elektriska multifunktioner som kan möjliggöra tillverkning av konfigurerbara kretsar på begäran, analoga minnen och digital-neurala fuserade nätverk i en enhetsarkitektur.
Synaptiska enheter som efterliknar inlärnings- och minnesprocesser i levande organismer lockar stort intresse som ett alternativ till standardberäkningselement som kan hjälpa till att utvidga Moores lag bortom nuvarande fysiska gränser.
Men hittills har artificiella synaptiska system hämmats av komplexa tillverkningskrav och begränsningar i de inlärnings- och minnesfunktioner de härmar. Nu Rui Yang, Kazuya Terabe och kollegor vid National Institute for Materials Science i Japan och University of California, Los Angeles, i USA har utvecklat två-, tre-terminala WO3-x-baserade nanojoniska enheter som kan utföra ett brett spektrum av neuromorfa och elektriska funktioner.
I sitt ursprungliga orörda skick har systemet mycket höga resistansvärden. Att svepa både negativa och positiva spänningar över systemet minskar detta motstånd olinjärt, men det återgår snart till sitt ursprungliga tillstånd, vilket indikerar ett flyktigt tillstånd. Att applicera antingen positiva eller negativa pulser på den övre elektroden introducerar ett mjukt sammanbrott, varefter svepning av både negativa och positiva spänningar leder till icke-flyktiga tillstånd som uppvisar bipolärt motstånd och likriktning under längre tidsperioder.
Forskarna drar likheter mellan enhetens egenskaper - flyktiga och icke-flyktiga tillstånd och den nuvarande fadingsprocessen efter positiva spänningspulser - med modeller för neurala beteenden - det vill säga, kort- och långtidsminne och glömska processer. De förklarar beteendet som ett resultat av att syrejoner migrerar inuti enheten som svar på spänningssvepen. Ackumulering av syrejonerna vid elektroden leder till Schottky-liknande potentialbarriärer och de resulterande förändringarna i motstånd och likriktande egenskaper. Det stabila bipolära omkopplingsbeteendet vid Pt/WO3-x-gränssnittet tillskrivs bildandet av det elektriskt ledande filamentet och syreabsorberbarheten hos Pt-elektroden.
Som forskarna drar slutsatsen, "Dessa funktioner öppnar en ny väg för kretsar, analoga minnen, och artificiellt sammansmälta digitala neurala nätverk som använder on-demand-programmering genom ingångspulspolaritet, magnitud, och upprepningshistoria."
