Photothermally Activated Artificial Neuromorphic Synapses

神经形态工程学 人工神经网络 计算机科学 过程(计算) 记忆电阻器 突触 突触重量 材料科学 纳米技术 计算机体系结构 神经科学 人工智能 电子工程 工程类 生物 操作系统
作者
Brian W. Blankenship,Runxuan Li,Ruihan Guo,Naichen Zhao,Jaeho Shin,Rundi Yang,Seung Hwan Ko,Junqiao Wu,Yoonsoo Rho,Costas P. Grigoropoulos
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:23 (19): 9020-9025 被引量:9
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.3c02681
摘要

Biological nervous systems rely on the coordination of billions of neurons with complex, dynamic connectivity to enable the ability to process information and form memories. In turn, artificial intelligence and neuromorphic computing platforms have sought to mimic biological cognition through software-based neural networks and hardware demonstrations utilizing memristive circuitry with fixed dynamics. To incorporate the advantages of tunable dynamic software implementations of neural networks into hardware, we develop a proof-of-concept artificial synapse with adaptable resistivity. This synapse leverages the photothermally induced local phase transition of VO2 thin films by temporally modulated laser pulses. Such a process quickly modifies the conductivity of the film site-selectively by a factor of 500 to "activate" these neurons and store "memory" by applying varying bias voltages to induce self-sustained Joule heating between electrodes after activation with a laser. These synapses are demonstrated to undergo a complete heating and cooling cycle in less than 120 ns.

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