铋诱导的空位迁移调控实现了二维钙钛矿忆阻器中的线性突触可塑性

《ACS Applied Electronic Materials》：Bismuth-Induced Modulation of Vacancy Migration Enables Linear Synaptic Plasticity in 2D Perovskite Memristors

　　

摘要

基于二维有机-无机卤化物钙钛矿的忆阻器在神经形态计算中具有应用潜力，因为较大的有机阳离子能够限制离子迁移，从而实现渐进式和模拟式的电导调节。然而，不受控制的离子传输会导致突然的开关状态变化以及较差的电导线性度，这些都会影响神经形态计算的性能。在此，我们报道了含有铋元素的二维PEA₂PbI₄（Bi:PEA₂PbI₄）忆阻器，这类忆阻器旨在提升其增强/抑制响应的线性度以及神经形态突触特性。电气测试表明，与纯二维钙钛矿忆阻器相比，Bi:PEA₂PbI₄中的空位迁移更为受控。基于密度泛函理论的弹性带计算进一步显示，铋元素的引入使得沿空位路径的碘离子迁移障碍增加了0.18–0.19电子伏特，有助于实现更线性的增强/抑制响应。此外，这类忆阻器在多种脉冲条件下仍能保持稳定的长期突触功能。在利用改进后的美国国家标准与技术研究院MNIST数据集进行的人工神经网络模拟中，Bi:PEA₂PbI₄忆阻器的识别准确率在大型MNIST数据集上达到了95.55%，在时尚MNIST数据集上达到了80.27%，这证明了铋元素掺杂是一种用于打造高性能神经形态忆阻器的有效策略。