Leaky integrate-and-fire neurons based on perovskite memristor for spiking neural networks

神经形态工程学 记忆电阻器 尖峰神经网络 材料科学 人工神经网络 计算机科学 纳米技术 神经元 电子工程 人工智能 神经科学 工程类 生物
作者
Jia‐Qin Yang,Ruopeng Wang,Zhanpeng Wang,Qinyuan Ma,Jingyu Mao,Yi Ren,Xiaoyang Yang,Ye Zhou,Su‐Ting Han
出处
期刊:Nano Energy [Elsevier BV]
卷期号:74: 104828-104828 被引量:204
标识
DOI:10.1016/j.nanoen.2020.104828
摘要

Artificial neuron is an important part of constructing neuromorphic network in which information can be computed with high parallelism and efficiency like in the human brain. However, owing to the poor biological plausibility, artificial neurons based on traditional complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS) platform fail to reveal the rich ion dynamics of the biological counterparts. Organic–inorganic halide perovskites (OHPs) are prospective for imitating the ion dynamics on the membranes of biological neurons because of its intrinsic ion migration. Herein, a diffusive CH3NH3PbI3(MAPbI3)-based memristor with superior amplitude-frequency characteristics and highly linear conductivity modulation for more than 1000 states have been fabricated for the construction of a leaky integrate-and-fire (LIF) bio-inspired neuron. The as-designed LIF model can successfully emulate the leakage, spatiotemporal integration and firing functions in a biological neuron. Moreover, by connecting LIF neurons with a 2*2 non-volatile Al2O3-based synaptic array, a simple spiking neural network (SNN) which is called the 3rd generation of neural network has been implemented at the hardware level to study the cognitive performance of the network. The SNN exhibits outstanding selective sensitivity to particular input sequence, indicating the excellent adaptability and versatility of the network for future applications of neuromorphic computing by utilizing novel ionotropic device.
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