Logic gates based on neuristors made from two-dimensional materials

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作者
Huawei Chen,Xiaoyong Xue,Chunsen Liu,Jinbei Fang,Zhen Wang,Jianlu Wang,David Wei Zhang,Weida Hu,Peng Zhou
出处
期刊:Nature electronics [Nature Portfolio]
卷期号:4 (6): 399-404 被引量:148
标识
DOI:10.1038/s41928-021-00591-z
摘要

A single biological neuron can efficiently perform Boolean operations. Artificial neuromorphic systems, on the other hand, typically require several devices to complete a single operation. Here, we show that neuristors that exploit the intrinsic polarity of two-dimensional materials can perform logic operations in a single device. XNOR gates can be made using ambipolar tungsten diselenide (WSe2), NOR gates using p-type black phosphorus, and OR and AND gates using n-type molybdenum disulfide (MoS2) of different thicknesses. To illustrate the potential of the neuristors, we fabricate logic half-adder and parity-checker circuits using a WSe2 neuristor and a MoS2 neuristor in a two-transistor two-resistor configuration, offering an area saving of 78% compared to circuits based on MoS2 gates in a traditional design. We also propose a binary neural network that is based on a three-dimensional XNOR array, which simulations show should offer an energy efficiency of 622.35 tera-operations per second per watt and a power consumption of 7.31 mW. By using two-dimensional materials with different polarities, single neuristors can act as XNOR, NOR, OR and AND logic gates.
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