Onderzoekers in Japan en de VS stellen een nano-ionisch apparaat voor met een reeks neuromorfe en elektrische multifuncties die de fabricage van on-demand configureerbare circuits mogelijk maken, analoge geheugens en digitaal-neuraal gefuseerde netwerken in één apparaatarchitectuur.

Synaptische apparaten die de leer- en geheugenprocessen in levende organismen nabootsen, trekken grote belangstelling als alternatief voor standaard computerelementen die kunnen helpen de wet van Moore uit te breiden tot voorbij de huidige fysieke grenzen.

Tot nu toe zijn kunstmatige synaptische systemen echter gehinderd door complexe fabricagevereisten en beperkingen in de leer- en geheugenfuncties die ze nabootsen. Nu Rui Yang, Kazuya Terabe en collega's van het National Institute for Materials Science in Japan en de University of California, Los Angeles, in de VS hebben twee-, drie-terminale op WO3-x gebaseerde nano-ionische apparaten die in staat zijn tot een breed scala aan neuromorfe en elektrische functies.

In zijn oorspronkelijke oorspronkelijke staat heeft het systeem zeer hoge weerstandswaarden. Door zowel negatieve als positieve spanningen over het systeem te vegen, wordt deze weerstand niet-lineair verlaagd, maar het keert snel terug naar zijn oorspronkelijke staat, wat wijst op een vluchtige staat. Het toepassen van positieve of negatieve pulsen op de bovenste elektrode introduceert een zachte afbraak, waarna het vegen van zowel negatieve als positieve spanningen leidt tot niet-vluchtige toestanden die gedurende langere tijd bipolaire weerstand en rectificatie vertonen.

De onderzoekers trekken overeenkomsten tussen de apparaateigenschappen - vluchtige en niet-vluchtige toestanden en het huidige vervagingsproces na positieve spanningspulsen - met modellen voor neuraal gedrag - dat wil zeggen, korte- en langetermijngeheugen en vergeetprocessen. Ze verklaren het gedrag als het resultaat van het migreren van zuurstofionen in het apparaat als reactie op de spanningszwaaien. Accumulatie van de zuurstofionen aan de elektrode leidt tot Schottky-achtige potentiaalbarrières en de resulterende veranderingen in weerstand en gelijkrichtende eigenschappen. Het stabiele bipolaire schakelgedrag op het Pt/WO3-x-interface wordt toegeschreven aan de vorming van de elektrisch geleidende gloeidraad en de zuurstofabsorbeerbaarheid van de Pt-elektrode.

Zoals de onderzoekers concluderen, "Deze mogelijkheden openen een nieuwe weg voor circuits, analoge herinneringen, en kunstmatig gefuseerde digitale neurale netwerken met behulp van on-demand programmering door polariteit van de ingangspuls, grootte, en herhalingsgeschiedenis."