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(gè)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(dòng)。這種設(shè)備作為開關(guān)系統(tǒng)工作，因此ON(開)的位置對(duì)應(yīng)于信息保留或“學(xué)習(xí)”，而OFF(關(guān))的位置對(duì)應(yīng)于信息刪除或“忘記”。

近日，一個(gè)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(dòng)的離子遷移對(duì)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(duì)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。

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(duì)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(chǔ)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(chǔ)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(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)