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物理学 > 应用物理

arXiv:2501.05877 (physics)
[提交于 2025年1月10日 ]

标题: 生物现实响应在一种技术兼容的石墨烯突触晶体管中

标题: Biorealistic response in a technology-compatible graphene synaptic transistor

Authors:Anastasia Chouprik, Elizaveta Guberna, Islam Mutaev, Ilya Margolin, Evgeny Guberna, Maxim Rybin
摘要: 人工突触是未来基于大脑的神经形态计算系统在硬件中实现的关键元件。 本工作提出了一种基于所有技术兼容材料的石墨烯突触晶体管,该晶体管表现出高度可调的生物现实行为。 结果显示,可以通过设计器件结构和界面特性来最大化记忆窗口并最小化功耗。 该器件表现出几乎连续的多导电水平范围,类似于突触权重,这是通过在外加电场的影响下逐渐注入/发射电子到浮栅和界面陷阱来实现的。 类似于生物突触,晶体管具有影响长期状态的短期内在动力学。 电子突触的时间注入/发射动力学与生物对应物非常相似,并被用于利用多种突触功能(包括成对脉冲促进/抑制、脉冲速率依赖可塑性等)来模拟生物现实行为。 这种突触晶体管可以作为硬件人工网络中先进信息处理和存储的构建模块。
摘要: Artificial synapse is a key element of future brain-inspired neuromorphic computing systems implemented in hardware. This work presents a graphene synaptic transistor based on all-technology-compatible materials that exhibits highly tunable biorealistic behavior. It is shown that the device geometry and interface properties can be designed to maximize the memory window and minimize power consumption. The device exhibits a virtually continuous range of multiple conductance levels, similar to synaptic weighting, which is achieved by gradual injection/emission of electrons into the floating gate and interface traps under the influence of an external electric field. Similar to the biological synapse, the transistor has short-term intrinsic dynamics that affect the long-term state. The temporal injection/emission dynamics of an electronic synapse closely resemble those of its biological counterpart and is exploited to emulate biorealistic behavior using a number of synaptic functions, including paired-pulse facilitation/depression, spike-rate-dependent plasticity, and others. Such a synaptic transistor can serve as a building block in hardware artificial networks for advanced information processing and storage.
主题: 应用物理 (physics.app-ph) ; 中尺度与纳米尺度物理 (cond-mat.mes-hall)
引用方式: arXiv:2501.05877 [physics.app-ph]
  (或者 arXiv:2501.05877v1 [physics.app-ph] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2501.05877
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI
期刊参考: Appl. Phys. Lett. 126, 123502 (2025)
相关 DOI: https://doi.org/10.1063/5.0243814
链接到相关资源的 DOI

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来自: Ilya Margolin [查看电子邮件]
[v1] 星期五, 2025 年 1 月 10 日 11:27:13 UTC (1,086 KB)
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