Руй Янг (Rui Yang), Кэзуя Терэйб (Kazuya Terabe) и их коллеги из Национального института материаловедения (National Institute for Materials Science, NIMS), японского Международного центра наноматериалов (International Center for Materials Nanoarchitectonics, MANA) и института NanoSystems Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе разработали наноионные устройства, которые реализуют широкий спектр нейроморфных и электронных функций. Под термином «наноионные устройства» подразумеваются наноразмерные твердотельные устройства наподобие электронных устройств, которые работают за счет быстрого движения ионов в специальных каналах этих устройств.
На основе наноионных устройств можно будет производить переконфигурируемые логические схемы, элементы аналоговой памяти и цифровые нейронные сети, разместив это все на чипе одного единственного многофункционального устройства. Такие синаптические устройства будут работать, подражая познавательным процессам, памяти и другим функциям головного мозга живых организмов.
Направление создания синаптических устройств является альтернативой созданию современных традиционных вычислительных систем. Ведь новые синаптические системы, работающие на принципах нейронных сетей, смогут выполнять задачи определенного рода значительно эффективней, нежели традиционные компьютеры. Однако, до последнего времени, основным препятствием разработке и созданию работоспособных синаптических систем являлись сложные требования к технологическим производственным процессам и недостаточные знания людей о работе памяти и о познавательных функцях головного мозга.
Основой нового наноионного синаптического устройства является триокись платины-вольфрама (platinum-tungsten trioxide, WO3-x). Устройство, изготовленное из такого материала обеспечивает движение ионов кислорода в ответ на приложенное электрическое напряжение. Накопление ионов кислорода возле одного из платиновых электродов приводит к созданию потенциального барьера Шоттки, что проявляется в изменении электрического сопротивления всего прибора. Благодаря этому устройство из WO3-x демонстрирует поведение биполярного электронного ключа.
Проводя исследования, ученые заметили, что некоторые свойства нового наноионного устройства не сохраняются в течение длительного времени. В то время, как другие свойства этого же устройства имеют ярко выраженный энергонезависимый характер, т.е. сохраняются долгое время даже при отключенном внешнем источнике энергии. Это является аналогом таких функций нервных тканей, как краткосрочная и долговременная память. В зависимости от значений некоторых параметров работы, наноионное устройство изменяло диапазон времени хранения информации в широких пределах.
«Эти способности наноионных устройств открывают дорогу созданию синаптических схем, аналоговой памяти и цифровых нейронных сетей, которые можно перепрограммировать при необходимости последовательностями импульсов тока различной амплитуды, длительности и полярности».
