Subquantum Semimetal Bi and Oxygen Vacancy Filament Memristors for Neuromorphic Computing

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作者
Chenyu Zhuge,Jiandong Jiang,L. Chen,Zhichao Xie,Guangyue Shen,Yujun Fu,Qi Wang,Deyan He
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:17 (23): 34129-34138 被引量:3
标识
DOI:10.1021/acsami.5c02955
摘要

Memristors, as neural synapse devices, have been regarded as excellent candidates for non-von Neumann architecture because of their high scalability. However, the randomness of the filaments of state-of-the-art filamentary memristors leads to high variability and poor reliability. Herein, a semimetal bismuth (Bi)-based memristor with oxygen vacancy (VO)-Bi filaments was proposed. The Bi-based memristor has a subquantum conductance change, high switching consistency, and controllable weight update linearity. Through spherical aberration-corrected scanning transmission electron microscopy (AC-STEM) and density functional theory (DFT) calculations, the formation mechanism of VO and Bi clusters in the filaments and the overall switching mechanism of the VO-Bi filaments were elucidated. Specifically, VO provides a conductive path while Bi ions migrate, leading to the reduction of Bi clusters in the SiO2 layer. Furthermore, artificial neural network (ANN) simulations based on back-propagation and reservoir computing (RC) systems achieved large digit recognition accuracies of 95.77 and 94.15%, respectively.
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