隨著大數(shù)據(jù)的出現(xiàn),當(dāng)前的計(jì)算架構(gòu)逐漸不能滿足需求。減小晶體管尺寸的困難、功耗大以及有限的運(yùn)行速度,使得神經(jīng)形態(tài)計(jì)算成為一個有前途的替代方案。
神經(jīng)形態(tài)計(jì)算是一種受大腦啟發(fā)的新計(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。這種設(shè)備作為開關(guān)系統(tǒng)工作,因此ON(開)的位置對應(yīng)于信息保留或“學(xué)習(xí)”,而OFF(關(guān))的位置對應(yīng)于信息刪除或“忘記”。
近日,一個科學(xué)家團(tuán)隊(duì)探索了使用新的先進(jìn)材料裝置模擬人工突觸的方法。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。而這次,研究人員使用磁離子學(xué),即通過電壓驅(qū)動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。
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。
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)能力有關(guān)的效果,結(jié)果提供了證據(jù),證明磁離子系統(tǒng)可以模擬"學(xué)習(xí)"和"遺忘"功能。
除了神經(jīng)形態(tài)計(jì)算,其他實(shí)際應(yīng)用,如磁存儲器和自旋電子學(xué)也將從這項(xiàng)研究的結(jié)果中受益。將磁存儲器與高能效的磁離子技術(shù)相結(jié)合,可能是降低下一代數(shù)據(jù)存儲介質(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)自旋電子器件有希望的候選者。
題為Dynamic electric-field-induced magnetic effects in cobalt oxide thin films: towards magneto-ionic synapses的相關(guān)研究論文發(fā)表在《Nanoscale》上。
關(guān)鍵詞: 科學(xué)家用磁離子系統(tǒng) 模擬大腦 學(xué)習(xí)過程 磁離子系統(tǒng)
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