Optically Tunable Synaptic Plasticity and Memory Emulation in Au‐Nanoparticle Enhanced HfTiO x /Al 2 O 3 ‐Based Photonic Memristors

材料科学 仿真 记忆电阻器 光子学 纳米技术 纳米颗粒 光电子学 电子工程 经济增长 工程类 经济
作者
Chandreswar Mahata,Muhammad Ismail,Hyungjin Kim,Sungjun Kim
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:36 (3) 被引量:9
标识
DOI:10.1002/adfm.202510663
摘要

Abstract The optically stimulated synaptic device incorporates gold nanoparticles (Au‐NPs) embedded within an atomic‐layer‐deposited HfTiO x /Al 2 O 3 bilayer, which enables the photonic modulation of synaptic plasticity. The HfTiO x /Au‐NP interface enhances visible light absorption and utilization efficiency by generating ionized oxygen vacancies through the neutral oxygen vacancy sites, thereby modulating the device conductance states. This architecture effectively mimics key biological synaptic functions, including paired‐pulse facilitation (PPF), memory transitions from short‐term to long‐term memory (STM to LTM), and spike‐rate‐dependent plasticity (SRDP). The device further demonstrates optical logic operations and Pavlovian associative learning under dual‐wavelength light stimulation (405 and 450 nm). The intensity‐dependent generation of photocarriers and their nonlinear interaction with oxygen vacancies enable robust synaptic behavior, facilitating the emulation of human visual perception in a 4 × 4 optoelectronic synapse array with short‐term memory capabilities. Moreover, the wavelength‐ and sequence‐dependent synaptic responses can be finely controlled for the design of light‐programmable reservoir computing systems. These results demonstrate the potential of the HfTiO x /Au‐NP/Al 2 O 3 switching layer as a promising platform for efficient neuromorphic computing and vision‐based information processing using integrated optoelectronic synapses.
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