Solar-blind SnO2 nanowire photo-synapses for associative learning and coincidence detection

材料科学 纳米线 突触 神经生物学中的符合检测 突触可塑性 巧合 神经促进 长时程增强 峰值时间相关塑性 联想学习 晶体管 纳米技术 突触重量 兴奋性突触后电位 光电子学 人工神经网络 神经科学 计算机科学 电压 物理 人工智能 化学 生物 抑制性突触后电位 病理 受体 生物化学 替代医学 量子力学 医学
作者
Yang Chen,Weijie Qiu,Xiaowu Wang,Wanrong Liu,Juxiang Wang,Guozhang Dai,Yongbo Yuan,Yongli Gao,Jia Sun
出处
期刊:Nano Energy [Elsevier BV]
卷期号:62: 393-400 被引量:122
标识
DOI:10.1016/j.nanoen.2019.05.064
摘要

Abstract With the rapid development of artificial intelligence, memristive devices capable of detecting, processing, and memorizing deep-ultraviolet (DUV) signals are very promising for encoding, recognizing, and performing solar-blind sensitive tasks. Here, we propose a DUV-triggered SnO2 nanowire synaptic transistor in which the programmable persistent photoconductivity (PPC) effect is used to mimic essential bio-synaptic behaviors. The bio-synapse-like behaviors, such as excitatory postsynaptic current (EPSC), paired pulse facilitation (PPF), and spike-timing dependence plasticity (STDP) (named the first law of synaptic plasticity) were investigated and imitated using various gate voltages. Larger gate bias permits a more significant transition from short-term (STP) to long-term plasticity (LTP). A detailed theoretical model is presented herein based on results from a systematic analysis of optoelectronic synaptic performances. Importantly, Pavlov's learning (classical conditioning) was conceptually demonstrated through DUV photoinduction. We also observed a novel situation where the memory effect was slightly inhibited when the devices were simultaneously stimulated by optical and electric pulses, allowing detection of temporally close, spatially distributed DUV incident signals. This approach opens up a new application domain for ultrafast, robust, and adaptive processing in future optoelectronic neural systems.

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