人腦可以高效地執(zhí)行高度復(fù)雜的任務(wù)，例如圖像和語音識別，而其能量預(yù)算卻比當(dāng)今的計算機低得多。因此，數(shù)十年來，開發(fā)能效仿腦啟發(fā)性過程的高能效且可調(diào)的人工神經(jīng)元一直是其主要研究目標(biāo)。

在哥德堡和東北大學(xué)大學(xué)的研究人員共同報告了在此方向上的重要的實驗提前，展示出一種新穎的電壓控制自旋電子微波振蕩器能夠密切模仿非線性振蕩神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的的人腦。

該研究小組開發(fā)了一種電壓控制的自旋電子振蕩器，該振蕩器的性能可以大大降低，而能耗卻可以忽略不計。“這是一項重要的突破，因為這些所謂的自旋霍爾納米振蕩器(SHNO)可以充當(dāng)相互作用的基于振蕩器的神經(jīng)元，但迄今為止卻缺乏節(jié)能的調(diào)整方案：這是訓(xùn)練認(rèn)知神經(jīng)形態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本前提該任務(wù)的合著者深見俊介宣稱。“發(fā)達技術(shù)的擴展還可以驅(qū)動大型復(fù)雜振蕩神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中每對自旋電子神經(jīng)元之間的突觸相互作用的調(diào)節(jié)。”

今年早些時候，哥德堡大學(xué)的JohanÅkerman研究小組首次展示了可容納100個SHNO的2D相互同步陣列，同時占用的面積小于平方微米。該網(wǎng)絡(luò)可以模仿我們大腦中的神經(jīng)元互動并執(zhí)行認(rèn)知任務(wù)。但是，訓(xùn)練這種人工神經(jīng)元對不同輸入產(chǎn)生不同響應(yīng)的主要瓶頸是缺少控制這種網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部單個振蕩器的方案。

約翰·阿克曼(JohanÅkerman)小組與東北大學(xué)的大野秀夫(Hideo Ohno)和深谷俊介(Shunsuke Fukami)合作，開發(fā)了由超薄W / CoFeB / MgO材料疊層制成的蝶形領(lǐng)結(jié)型自旋霍爾納米振蕩器，并在振蕩上方增加了電壓控制門的功能區(qū)域[圖。1]。利用稱為壓控磁各向異性(VCMA)的效應(yīng)，可以直接控制由幾個原子層組成的CoFeB鐵磁體的磁和磁動力學(xué)性質(zhì)，以修改微波頻率，幅度，阻尼，從而改變閾值電流。 SHNO的[圖。2]。

研究人員還發(fā)現(xiàn)，在弓形幾何結(jié)構(gòu)中，使用-3至+1 V的電壓時，SHNO的巨大調(diào)制幅度高達42%。因此，所展示的方法能夠在由單個全局驅(qū)動電流驅(qū)動的大型同步振蕩網(wǎng)絡(luò)中獨立地打開/關(guān)閉各個振蕩器。這些發(fā)現(xiàn)也很有價值，因為它們揭示了圖案化磁性納米結(jié)構(gòu)中能量弛豫的新機制。

Fukami指出：“通過對單個自旋電子神經(jīng)元的動態(tài)狀態(tài)進行隨時可用的節(jié)能獨立控制，我們希望有效地訓(xùn)練大型SHNO網(wǎng)絡(luò)以執(zhí)行復(fù)雜的神經(jīng)形態(tài)任務(wù)，并將基于振蕩器的神經(jīng)形態(tài)計算方案擴展到更大的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模。 ”