(a):Proprietà di memoria volatile (a breve termine) di due dispositivi terminali Pt/WO3-x/Pt prima del processo di formatura. Variazione di corrente osservata applicando una sequenza di impulsi di tensione positiva a intervalli di 40 s e larghezze di 0,5 s. La tensione di lettura era 0,5 V. (b):Proprietà di memoria non volatile (a lungo termine) nel dispositivo dopo il processo di formatura in seguito all'applicazione di una sequenza di impulsi positivi e negativi con larghezze di 0,1 ms. La tensione di lettura era 0,1 V. (c):illustrazione schematica delle strutture del dispositivo prima e dopo il processo di formatura.
Ricercatori in Giappone e negli Stati Uniti propongono un dispositivo nanoionico con una gamma di multifunzioni neuromorfe ed elettriche che possono consentire la fabbricazione di circuiti configurabili su richiesta, memorie analogiche e reti fuse digitali-neurali in un'unica architettura di dispositivo.
I dispositivi sinaptici che imitano i processi di apprendimento e memoria negli organismi viventi stanno attirando un vivo interesse come alternativa agli elementi di calcolo standard che possono aiutare a estendere la legge di Moore oltre i limiti fisici attuali.
Tuttavia, finora i sistemi sinaptici artificiali sono stati ostacolati da complessi requisiti di fabbricazione e limitazioni nelle funzioni di apprendimento e memoria che imitano. Ora Rui Yang, Kazuya Terabe e colleghi del National Institute for Materials Science in Giappone e dell'Università della California, Los Angeles, negli Stati Uniti hanno sviluppato due, dispositivi nanoionici a tre terminali basati su WO3-x in grado di svolgere un'ampia gamma di funzioni neuromorfe ed elettriche.
Nella sua condizione originaria originale il sistema ha valori di resistenza molto elevati. Lo spazzare sia le tensioni negative che quelle positive attraverso il sistema riduce questa resistenza in modo non lineare, ma presto ritorna al suo stato originale indicando uno stato volatile. L'applicazione di impulsi positivi o negativi all'elettrodo superiore introduce un soft-breakdown, dopodiché, lo spazzare sia le tensioni negative che quelle positive porta a stati non volatili che mostrano resistenza bipolare e rettifica per periodi di tempo più lunghi.
I ricercatori tracciano somiglianze tra le proprietà del dispositivo - stati volatili e non volatili e l'attuale processo di dissolvenza a seguito di impulsi di tensione positivi - con modelli per il comportamento neurale, ovvero memoria a breve e lungo termine e processi di dimenticanza. Spiegano il comportamento come risultato della migrazione di ioni ossigeno all'interno del dispositivo in risposta alle variazioni di tensione. L'accumulo di ioni ossigeno all'elettrodo porta a potenziali barriere di tipo Schottky e ai conseguenti cambiamenti nelle caratteristiche di resistenza e rettifica. Il comportamento di commutazione bipolare stabile all'interfaccia Pt/WO3-x è attribuito alla formazione del filamento conduttivo elettrico e all'assorbimento di ossigeno dell'elettrodo di Pt.
Come concludono i ricercatori, "Queste capacità aprono una nuova strada per i circuiti, memorie analogiche, e reti neurali digitali fuse artificialmente utilizzando la programmazione su richiesta tramite la polarità dell'impulso di ingresso, grandezza, e la ripetizione della storia."
