Wrinkled Rhenium Disulfide for Anisotropic Nonvolatile Memory and Multiple Artificial Neuromorphic Synapses

神经形态工程学 铼 材料科学 纳米技术 非易失性存储器 二硫键 各向异性 光电子学 人工神经网络 计算机科学 化学 人工智能 物理 光学 生物化学 冶金
作者
Yujia Chen,Zhengjie Wang,Jiantao Du,Si Chen,Chengbao Jiang,Shengxue Yang
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:18 (44): 30871-30883 被引量:40
标识
DOI:10.1021/acsnano.4c11898
摘要

Two-dimensional materials are emerging as potential solutions for high-density nonvolatile memory and efficient neuromorphic computing. However, integrating multidimensional memory and an ideal linear weight updating synapse in a simple device configuration to achieve versatile biomimetic neuromorphic systems remains challenging. Here, we introduce a wrinkled rhenium disulfide (ReS2) transistor, where the wrinkled structure facilitates the carrier trapping/detrapping at the dielectric interface, thus enabling the fusion of nonvolatile memory and both electronic and optoelectronic synaptic functionalities. As a nonvolatile memory, anisotropic wrinkled ReS2 can yield three distinct sets of data across three crystal orientations under identical programming operations. Each set demonstrates exceptional retention and endurance properties. As a neuromorphic synapse, it realizes the linear and symmetric updates of conductance states up to 9 bits and 8 bits, the ultra-low-energy consumption of 75 fJ and 2.5 pJ under the electrical and optical stimuli, respectively. The artificial neural network (ANN) based on electronic synapses gives a superior recognition accuracy of 92.9% for the original handwritten digits. The anisotropic synaptic responses and multiwavelength sensitivities of optoelectronic synapses enable them to execute advanced memory and recognition functions for complex images that encompass a variety of pattern features or color information. This underscores its substantial potential for integration into efficient biomimetic visual systems.
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