A Monolayer Leaky Integrate‐and‐Fire Neuron for 2D Memristive Neuromorphic Networks

神经形态工程学 记忆电阻器 材料科学 爆裂 人工神经元 人工神经网络 纳米技术 单层 尖峰神经网络 计算机科学 电子工程 光电子学 人工智能 工程类 神经科学 生物
作者
Hao Song,Xinglong Ji,Shuai Zhong,Khin Yin Pang,Kian Guan Lim,Tow Chong Chong,Rong Zhao
出处
期刊:Advanced electronic materials [Wiley]
卷期号:6 (4) 被引量:71
标识
DOI:10.1002/aelm.201901335
摘要

Abstract 2D material based memristors have exhibited superior performance as artificial synapses for neuromorphic computing. However, 2D artificial neurons as have note been exploited as an indispensable computational element owing to the rich dynamics of neurons, which impede the construction of a 2D neuromorphic network. A methodology is developed by introducing ionic migration dynamics and electrochemical reaction into monolayer MoS 2 single crystal and a 2D artificial neuron is realized. The sophisticated electrophysiology process of leaky integrate‐and‐fire (LIF) is emulated by the injection and extraction of Ag + ions under an e‐field in a monolayer MoS 2 device with fine‐tuned channel length. Moreover, the fire frequency and relaxation time of the artificial neurons can be readily modulated by adjusting the input voltage pulses. By directly capturing conductive filament under a scanning electron microscope, the underlying mechanism of the unique resistive switching of the 2D artificial neuron is attributed to the rapid diffusion and migration of Ag in MoS 2 lattice under the e‐field. The formation and rupture of the conductive Ag filament enable volatile resistive switching and LIF behaviors. Furthermore, MoS 2 ‐based neurons are integrated with a nonvolatile synapse array to build a full memristive artificial neural network and implement pattern classification, paving the way for the construction of 2D neuromorphic networks.
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