Synapse with Diverse Plasticity in Ferroelectric BaTiO3 Thin Films for Neuromorphic Computing

神经形态工程学 长时程增强 材料科学 峰值时间相关塑性 铁电性 突触重量 可塑性 Spike(软件开发) 突触可塑性 神经科学 计算机科学 光电子学 心理学 化学 人工神经网络 人工智能 复合材料 电介质 生物化学 软件工程 受体
作者
Yi Xiao,Mengyuan Duan,Ang Li,Guanghong Yang,Weifeng Zhang,Caihong Jia
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry C [American Chemical Society]
卷期号:128 (5): 2231-2239 被引量:12
标识
DOI:10.1021/acs.jpcc.3c07774
摘要

Synapse-based artificial neural networks (ANNs) are hopeful in overcoming the von Neumann bottleneck since they can process and store data simultaneously. Here, we present an artificial synaptic device based on a ferroelectric BaTiO3 thin film with a robust weight update and diverse plasticity for ANNs. Specifically, the potentiation and depression effects strongly depend on the spike polarity, amplitude, number, and rate. Moreover, four types of spike timing-dependent plasticities (STDP) and two types of Bienenstock–Cooper–Munro (BCM) learning rules with sliding frequency thresholds are obtained. For BCM learning rules, a normal one with potentiation at a high frequency and depression at a low frequency is obtained under a positive bias and an abnormal one with depression at a high frequency and potentiation at a low frequency is achieved at a negative bias. Furthermore, an ANN is enabled with a recognition accuracy of 92.18%. These results are essential for potential applications of ferroelectric artificial synapses for ANNs.
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