Achieving reinforcement learning in a three-active-terminal neuromorphic device based on a 2D vdW ferroelectric material

神经形态工程学 强化学习 终端(电信) 铁电性 调制(音乐) 计算机科学 联轴节(管道) 材料科学 电子工程 人工智能 光电子学 人工神经网络 工程类 物理 电介质 电信 声学 冶金
作者
Feng Guo,Weng Fu Io,Zhaoying Dang,Ran Ding,Sin‐Yi Pang,Yuqian Zhao,Jianhua Hao
出处
期刊:Materials horizons [Royal Society of Chemistry]
卷期号:10 (9): 3719-3728 被引量:11
标识
DOI:10.1039/d3mh00714f
摘要

Currently, for most three-terminal neuromorphic devices, only the gate terminal is active. The inadequate modes and freedom of modulation in such devices greatly hinder the implementation of complex neural behaviors and brain-like thinking strategies in hardware systems. Taking advantage of the unique feature of co-existing in-plane (IP) and out-of-plane (OOP) ferroelectricity in two-dimensional (2D) ferroelectric α-In2Se3, we construct a three-active-terminal neuromorphic device where any terminal can modulate the conductance state. Based on the co-operation mode, controlling food intake as a complex nervous system-level behavior is achieved to carry out positive and negative feedback. Specifically, reinforcement learning as a brain-like thinking strategy is implemented due to the coupling between polarizations in different directions. Compared to the single modulation mode, the chance of the agent successfully obtaining the reward in the Markov decision process is increased from 68% to 82% under the co-operation mode through the coupling effect between IP and OOP ferroelectricity in 2D α-In2Se3 layers. Our work demonstrates the practicability of three-active-terminal neuromorphic devices in handling complex tasks and advances a significant step towards implementing brain-like learning strategies based on neuromorphic devices for dealing with real-world challenges.

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