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基于层状多元金属氧化物的人造突触

Artificial synapses based on layered multi-component metal oxides
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摘要 神经形态电子学的迅速发展为生物神经系统仿生与模拟提供了有力支持.具有三明治结构的两端人造突触电子器件不仅在结构上模拟了生物突触,同时在类神经电脉冲信号的作用下可以完成对生物突触塑性的模拟与调控.本文利用溶胶-凝胶法合成了具有层状结构的P3相Na_(2/3)Ni_(1/3)Mn_(2/3)O_(2)多元金属氧化物.借助其晶体结构中Na^(+)易于嵌入/脱出的特性,设计并制备了基于Na_(2/3)Ni_(1/3)Mn_(2/3)O_(2)的离子迁移型人造突触,器件在电脉冲信号的刺激下实现了对生物突触塑性的模拟,并通过调校类神经尖峰脉冲信号,成功对塑性行为进行了调控.成功模拟了兴奋性突触后电流、双脉冲易化、脉冲数量依赖可塑性、脉冲频率依赖可塑性、脉冲电压幅值依赖可塑性和脉冲持续时间依赖可塑性.同时,器件实现了对摩斯电码指令的准确识别与响应. Neuromorphic electronics has received considerable attention recent years,and its basic functional units are synaptic electronic devices.A two-terminal artificial synapse with sandwiched structure emulates plasticity of the biological synapses under the action of nerve-like electrical impulse signals.In this paper,P3 phase Na_(2/3)Ni_(1/3)Mn_(2/3)O_(2) multi-element metal oxides with layered structure are synthesized by sol-gel process.Owing to the fact that Na^(+) is easy to embed/eject into its crystal structure,an ion-migrating artificial synapse based on Na_(2/3)Ni_(1/3)Mn_(2/3)O_(2) is designed and fabricated.The device emulates important synaptic plasticity,such as excitatory postsynaptic current,paired-pulse facilitation,spike-number dependent plasticity,spike-frequency dependent plasticity,spike-voltage amplitude dependent plasticity and spike-duration dependent plasticity.The device realizes the identification and response to Morse code commands.
作者 刘强 倪尧 刘璐 孙林 刘甲奇 徐文涛 Liu Qiang;Ni Yao;Liu Lu;Sun Lin;Liu Jia-Qi;Xu Wen-Tao(Key Laboratory of Photoelectronic Thin Film Devices and Technology of Tianjin,Institute of Photoelectronic Thin Film Devices and Technology,Nankai University,Tianjin 300350,China)
出处 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2022年第14期307-314,共8页 Acta Physica Sinica
基金 国家杰出青年科学基金(批准号:T2125005) 天津市杰出青年科学基金(批准号:19JCJQJC61000) 深圳市科技计划(批准号:JCYJ20210324121002008)资助的课题。
关键词 人造突触 离子迁移 多元金属氧化物 突触塑性 artificial synapses ion transport multi-metal oxides synaptic plasticity
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