基于脱氧核糖核酸砖晶的纺织忆阻器，具有 0.06 V 置位电压和高开关比，作为神经形态计算的人工突触

《ACS Applied Materials & Interfaces》：Deoxyribonucleic Acid Brick Crystal-Based Textile Memristor with a Set Voltage of 0.06 V and a High Switching Ratio as an Artificial Synapse for Neuromorphic Computing

　　

摘要

基于生物材料的忆阻器突触为创建高性能有机存储设备提供了可能性，它们在下一代环保神经形态计算中发挥着重要作用。脱氧核糖核酸 (DNA) 具有独特的导电性以及物理和化学稳定性，在自然界中广泛分布，已被用于制备忆阻器的阻变 (RS) 层。然而，报道的基于 DNA 的忆阻器还需要进一步优化，以提高设定电压、开关比和能耗方面的性能。在此，我们展示了一种基于 DNA 砖晶 (DNAbc) 的纺织忆阻器，显示出 0.06 V 的超低设定电压，10⁷ 的高开关比，0.84/0.50 pJ 的低设定/重置能耗，以及良好的循环稳定性和数据保持能力。与链状 DNA 基忆阻器相比，基于 DNAbc 的器件表现出优异的 RS 性能，展示了 DNA 砖晶策略的优势，这可能与 DNAbc 结构中 DNA 螺旋的有序堆积和排列有关。为了进一步探索其在神经形态计算应用中的潜力，该器件被证明能够模拟典型的突触功能，包括长时程增强/抑制、成对脉冲易化和从短时程可塑性到长时程可塑性的转变。特别是，构建了一个 7 × 7 忆阻器阵列，基于器件的脉冲电压依赖可塑性特性来模拟信号滤波功能。在使用 CIFAR-10 数据集进行图像识别中，构建的网络达到了 92.54% 的准确率，即使在输入数据集中添加 50% 噪声的情况下，准确率仍保持在 90.96%，在无噪声和 50% 噪声条件下的相应损失函数分别为 0.06 和 0.21。这项工作为可穿戴神经形态计算电子器件的构建奠定了基础，并显著推进了未来计算纺织系统的发展。

图文摘要

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