Synergistic Gating of Electro‐Iono‐Photoactive 2D Chalcogenide Neuristors: Coexistence of Hebbian and Homeostatic Synaptic Metaplasticity

赫比理论 变质塑性 材料科学 神经形态工程学 神经科学 门控 纳米技术 突触可塑性 计算机科学 化学 人工神经网络 生物 人工智能 生物化学 受体
作者
Rohit Abraham John,Fucai Liu,Nguyen Anh Chien,Mohit Rameshchandra Kulkarni,Chao Zhu,Qundong Fu,Arindam Basu,Zheng Liu,Nripan Mathews
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:30 (25): e1800220-e1800220 被引量:354
标识
DOI:10.1002/adma.201800220
摘要

Emulation of brain-like signal processing with thin-film devices can lay the foundation for building artificially intelligent learning circuitry in future. Encompassing higher functionalities into single artificial neural elements will allow the development of robust neuromorphic circuitry emulating biological adaptation mechanisms with drastically lesser neural elements, mitigating strict process challenges and high circuit density requirements necessary to match the computational complexity of the human brain. Here, 2D transition metal di-chalcogenide (MoS2 ) neuristors are designed to mimic intracellular ion endocytosis-exocytosis dynamics/neurotransmitter-release in chemical synapses using three approaches: (i) electronic-mode: a defect modulation approach where the traps at the semiconductor-dielectric interface are perturbed; (ii) ionotronic-mode: where electronic responses are modulated via ionic gating; and (iii) photoactive-mode: harnessing persistent photoconductivity or trap-assisted slow recombination mechanisms. Exploiting a novel multigated architecture incorporating electrical and optical biases, this incarnation not only addresses different charge-trapping probabilities to finely modulate the synaptic weights, but also amalgamates neuromodulation schemes to achieve "plasticity of plasticity-metaplasticity" via dynamic control of Hebbian spike-time dependent plasticity and homeostatic regulation. Coexistence of such multiple forms of synaptic plasticity increases the efficacy of memory storage and processing capacity of artificial neuristors, enabling design of highly efficient novel neural architectures.
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