Schematisk över EDL-bildningen. Kredit:UAB
Med tillkomsten av Big Data visar sig nuvarande beräkningsarkitekturer vara otillräckliga. Svårigheter med att minska transistorernas storlek, stor strömförbrukning och begränsade driftshastigheter gör neuromorfisk datoranvändning till ett lovande alternativ.
Neuromorphic computing, ett nytt hjärninspirerat beräkningsparadigm, reproducerar aktiviteten hos biologiska synapser genom att använda artificiella neurala nätverk. Sådana enheter fungerar som ett system av omkopplare, så att PÅ-läget motsvarar informationslagring eller "inlärning", medan AV-läget motsvarar informationsborttagning eller "glömning".
I en nyligen publicerad publikation, forskare från Universitat Autònoma de Barcelona (UAB), CNR-SPIN (Italien), Catalan Institute of Nanoscience and Nanotechnology (ICN2), Institute of Micro and Nanotechnology (IMN-CNM-CSIC) och ALBA Synchrotron har utforskat emulering av konstgjorda synapser med hjälp av nya avancerade materialenheter. Projektet leddes av Serra Húnter Fellow Enric Menéndez och ICREA-forskaren Jordi Sort, båda vid institutionen för fysik vid UAB, och är en del av Sofia Martins Ph.D. avhandling.
En ny metod för att efterlikna synapsfunktioner
Hittills har de flesta system som använts för detta ändamål i slutändan styrts av elektriska strömmar, vilket innebär betydande energiförluster genom värmeavledning. Här var forskarnas förslag att använda magnetojonik, den icke-flyktiga styrningen av materialens magnetiska egenskaper genom spänningsdriven jonmigrering, vilket drastiskt minskar strömförbrukningen och gör datalagring energieffektiv.
Även om värmeavledning minskar med jonmigreringseffekter, är magneto-jonisk rörelse av syre vid rumstemperatur vanligtvis långsam för industriella tillämpningar, vilket involverar flera sekunder eller till och med minuter för att växla det magnetiska tillståndet. För att lösa detta problem undersökte teamet användningen av målmaterial vars kristallstruktur redan innehöll de joner som skulle transporteras. Sådana magnetojoniska mål kan genomgå helt reversibla transformationer från ett icke-ferromagnetiskt (avstängt) tillstånd till ett ferromagnetiskt (påslaget) tillstånd och vice versa bara genom den spänningsdrivna syrerörelsen från målet mot en reservoar (ON) och vice versa (AV).
Med tanke på deras kristallina strukturer var koboltoxider de valda materialen för tillverkningen av filmerna, från 5 nm till 230 nm tjocka. Forskarna undersökte tjocklekens roll för det resulterande magneto-joniska beteendet och avslöjade att ju tunnare filmerna var, desto snabbare uppnåddes genereringen av magnetisering.
Röntgenabsorptionsspektra (XAS) för proverna utfördes vid BOREAS-strållinjen för ALBA Synchrotron. XAS användes för att karakterisera, vid rumstemperatur, elementär sammansättning och oxidationstillstånd för koboltoxidfilmerna, vilket resulterade som olika för de tunnare och tjockaste filmerna. Dessa fynd var avgörande för att förstå skillnaderna i den magneto-joniska rörelsen av syre mellan filmerna.
Eftersom driftshastigheterna som uppnåddes i detta arbete liknade de som användes för neuromorfisk beräkning, undersöktes de tunnaste koboltoxidfilmerna ytterligare. I synnerhet inducerades effekterna relaterade till inlärning av neuromorfa förmågor och resultaten gav bevis för att magneto-joniska system kan efterlikna "lärande" och "glömma" funktioner.
Förutom neuromorfisk beräkning kommer andra praktiska tillämpningar som magnetiska minnen och spintronik att dra nytta av resultaten av denna studie. Kombinationen av magnetiska minnen med energieffektiv magnetojonik skulle kunna vara ett möjligt sätt att minska driftsenergierna för nästa generations datalagringsmedia, medan magnetojoniska mekanismer för att kontrollera antiferromagnetiska skikt för närvarande är lovande kandidater för utvecklingen av spintroniska enheter. + Utforska vidare
