Optogenetics-Inspired Tunable Synaptic Functions in Memristors

光遗传学 记忆电阻器 神经形态工程学 突触可塑性 计算机科学 材料科学 人工神经网络 纳米技术 神经科学 生物系统 光电子学 物理 人工智能 化学 生物 量子力学 生物化学 受体
作者
Xiaojian Zhu,Wei Lü
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:12 (2): 1242-1249 被引量:239
标识
DOI:10.1021/acsnano.7b07317
摘要

Two-terminal memristors with internal Ca2+-like dynamics can be used to faithfully emulate biological synaptic functions and have been intensively studied for neural network implementations. Inspired by the optogenetic technique that utilizes light to tune the Ca2+ dynamics and subsequently the synaptic plasticity, we develop a CH3NH3PbI3 (MAPbI3)-based memristor that exhibits light-tunable synaptic behaviors. Specifically, we show that by increasing the formation energy of iodine vacancy (VI·/VI×), light illumination can be used to control the VI·/VI× generation and annihilation dynamics, resembling light-controlled Ca2+ influx in biological synapses. We demonstrate that the memory formation and memory loss behaviors in the memristors can be modified by controlling the intensity and the wavelength of the illuminated light. Coincidence detection of electrical and light stimulations is also implemented in the memristive device with real-time (≤20 ms) response to light illumination. These results open options to modify the synaptic plasticity effects in memristor-based neuromorphic systems and can lead to the development of electronic systems that can faithfully emulate diverse biological processes.
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