A Multifunctional Self-Rectifying Memristor Enabling LIF Neuron and Nociceptor Behaviors

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作者
Bingqi Cai,Chen Wang,Kun Chen,Qingqing Sun,David Wei Zhang,Lin Chen
出处
期刊:IEEE Electron Device Letters [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:46 (12): 2361-2364
标识
DOI:10.1109/led.2025.3614142
摘要

To adapt to diverse tasks under varying operational environments, memristor devices are usually required to emulate multiple biological functions. However, integrating such diverse functionalities within a single self-rectifying memristor remains a significant challenge. In this work, we report a self-rectifying memristor based on a Pt/TiOxNy/HfO2/W structure. For the first time, we demonstrate that a single device can emulate both leaky integrate-and-fire (LIF) neuron and nociceptor behaviors. Under pulse stimulation with a 10 μs width, the device functions as an LIF neuron, while increasing the pulse width to 100 μs or longer enables nociceptor-like responses. Notably, the LIF neuron operation exhibits ultra-low energy consumption of only 0.8 fJ/spike. In addition, the device exhibits a high rectifying ratio (>10⁵), large switching ratio (>10⁴), and ultra-low leakage current (~100 pA). This multifunctional self-rectifying memristor offers a promising pathway toward compact neuromorphic systems by enabling simplified device architectures with integrated perceptual and computational capabilities.
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