隨著大數(shù)據(jù)的出現(xiàn)，當(dāng)前的計(jì)算架構(gòu)被證明是不夠的。減小晶體管尺寸的困難、大的功耗和有限的運(yùn)行速度使得神經(jīng)形態(tài)計(jì)算成為一個(gè)有前途的替代方案。

神經(jīng)形態(tài)計(jì)算是一種新的受大腦啟發(fā)的計(jì)算范式，它通過使用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)再現(xiàn)生物突觸的活動(dòng)。這種設(shè)備作為開關(guān)系統(tǒng)工作，因此ON位置對應(yīng)于信息保留或“學(xué)習(xí)”，而OFF位置對應(yīng)于信息刪除或“忘記”。

在最近的一份出版物中，來自巴塞羅那自治大學(xué)(UAB)、CNR-SPIN()、加泰羅尼亞納米科學(xué)和納米技術(shù)研究所(ICN2)、微納米技術(shù)研究所(IMN-CNM-CSIC)和ALBASynchrotron探索了使用新的先進(jìn)材料設(shè)備模擬人工突觸。該項(xiàng)目由UAB物理系的SerraHúnter研究員EnricMenéndez和ICREA研究員JordiSort領(lǐng)導(dǎo)，并且是SofiaMartins博士的一部分。論文。

一種模擬突觸功能的新方法

到目前為止，大多數(shù)用于此目的的系統(tǒng)最終都是由電流控制的，這涉及到因散熱而造成的大量能量損失。在這里，研究人員的建議是使用磁離子學(xué)，即通過電壓驅(qū)動(dòng)的離子遷移對材料的磁性進(jìn)行非易失性控制，從而大大降低功耗并使數(shù)據(jù)存儲(chǔ)更加節(jié)能。

盡管熱耗散隨著離子遷移效應(yīng)而減少，但對于工業(yè)應(yīng)用而言，室溫下氧的磁離子運(yùn)動(dòng)通常很慢，需要幾秒鐘甚至幾分鐘來切換磁性狀態(tài)。為了解決這個(gè)問題，該團(tuán)隊(duì)研究了目標(biāo)材料的使用，其晶體結(jié)構(gòu)已經(jīng)包含要傳輸?shù)碾x子。這種磁離子靶可以經(jīng)歷從非鐵磁(關(guān)閉)狀態(tài)到鐵磁(打開)狀態(tài)的完全可逆轉(zhuǎn)變，反之亦然，僅通過電壓驅(qū)動(dòng)的氧氣運(yùn)動(dòng)從目標(biāo)向儲(chǔ)層(ON)和反之亦然(關(guān)閉)。

鑒于它們的晶體結(jié)構(gòu)，氧化鈷是制造薄膜的選定材料，厚度從5nm到230nm不等。研究人員調(diào)查了厚度對產(chǎn)生的磁離子行為的作用，發(fā)現(xiàn)薄膜越薄，磁化產(chǎn)生的速度就越快。

樣品的X射線吸收光譜(XAS)在ALBA同步加速器的BOREAS光束線上進(jìn)行。XAS用于在室溫下表征氧化鈷薄膜的元素組成和氧化態(tài)，結(jié)果對于較薄和最厚的薄膜來說是不同的。這些發(fā)現(xiàn)對于理解薄膜之間氧的磁離子運(yùn)動(dòng)差異至關(guān)重要。

由于在這項(xiàng)工作中實(shí)現(xiàn)的運(yùn)行速度與用于神經(jīng)形態(tài)計(jì)算的運(yùn)行速度相似，因此進(jìn)一步研究了最薄的氧化鈷薄膜。特別是，誘導(dǎo)了與學(xué)習(xí)神經(jīng)形態(tài)能力相關(guān)的影響，結(jié)果提供了磁離子系統(tǒng)可以模擬“學(xué)習(xí)”和“遺忘”功能的證據(jù)。

除了神經(jīng)形態(tài)計(jì)算之外，磁存儲(chǔ)器和自旋電子學(xué)等其他實(shí)際應(yīng)用也將受益于這項(xiàng)研究的結(jié)果。磁存儲(chǔ)器與節(jié)能磁離子的結(jié)合可能是降低下一代數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)運(yùn)行能量的一種可能方式，而控制反鐵磁層的磁離子機(jī)制目前是開發(fā)自旋電子器件的有希望的候選者。