Short-term plasticity and long-term potentiation mimicked in single inorganic synapses

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作者
Takeo Ohno,Tsuyoshi Hasegawa,Tohru Tsuruoka,Kazuya Terabe,James K. Gimzewski,Masakazu Aono
出处
期刊:Nature Materials [Nature Portfolio]
卷期号:10 (8): 591-595 被引量:1599
标识
DOI:10.1038/nmat3054
摘要

The electronic properties of inorganic devices such as memristors can be used to simulate neurological behaviour. In particular, ionic and electronic effects in a silver sulphide device are now shown to mimic short- and long-term synaptic functions. Memory is believed to occur in the human brain as a result of two types of synaptic plasticity: short-term plasticity (STP) and long-term potentiation (LTP; refs 1, 2, 3, 4). In neuromorphic engineering5,6, emulation of known neural behaviour has proven to be difficult to implement in software because of the highly complex interconnected nature of thought processes. Here we report the discovery of a Ag2S inorganic synapse, which emulates the synaptic functions of both STP and LTP characteristics through the use of input pulse repetition time. The structure known as an atomic switch7,8, operating at critical voltages, stores information as STP with a spontaneous decay of conductance level in response to intermittent input stimuli, whereas frequent stimulation results in a transition to LTP. The Ag2S inorganic synapse has interesting characteristics with analogies to an individual biological synapse, and achieves dynamic memorization in a single device without the need of external preprogramming. A psychological model related to the process of memorizing and forgetting is also demonstrated using the inorganic synapses. Our Ag2S element indicates a breakthrough in mimicking synaptic behaviour essential for the further creation of artificial neural systems that emulate characteristics of human memory.
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