Mimicking Neurotransmitter Release and Long-Term Plasticity by Oxygen Vacancy Migration in a Tunnel Junction Memristor
Publiceringsår
2019
Upphovspersoner
Tan, Hongwei; Bhattacharya, Sayani; Qin, QiHang; Lahtinen, Jouko; van Dijken, Sebastiaan
Abstrakt
Activated by action potentials and Ca<sup>2+</sup> ion migration, neurotransmitters in biological synapses are released from vesicles at the presynaptic membrane to the cleft and bonded to receptors on the postsynaptic membrane. The bonded neurotransmitters modify the electrochemical properties of the postsynaptic membrane and, thereby, the synaptic plasticity, which forms the basis for learning, memory, emotion, cognition, and consciousness. Here, the oxygen vacancy transport in Au/SrTiO<sub>3</sub> (STO)/La<sub>0.67</sub>Sr<sub>0.33</sub>MnO<sub>3</sub> (LSMO) tunnel junctions is exploited to mimic neurotransmission processes in an artificial ionic electronic device. Using voltage pulses of varying number, amplitude, and polarity, it is demonstrated that reversible oxygen vacancy migration across the STO/LSMO interface provides stable multilevel resistance switching for octal memory devices and resembles the quantal, stochastic, and excitatory or inhibitory nature of neurotransmitter release dynamics. Moreover, fundamental synaptic behaviors including long‐term potentiation/depression and various types of spike‐timing‐dependent plasticity characteristics are emulated, opening a promising biorealistic approach to the design of neuromorphic devices.
Visa merOrganisationer och upphovspersoner
Publikationstyp
Publikationsform
Artikel
Moderpublikationens typ
Tidning
Artikelstyp
En originalartikel
Målgrupp
VetenskapligKollegialt utvärderad
Kollegialt utvärderadUKM:s publikationstyp
A1 Originalartikel i en vetenskaplig tidskriftPublikationskanalens uppgifter
Journal
Volym
1
Nummer
2
Artikelnummer
1900036
Sidor
1
ISSN
Publikationsforum
Publikationsforumsnivå
1
Öppen tillgång
Öppen tillgänglighet i förläggarens tjänst
Ja
Öppen tillgång till publikationskanalen
Helt öppen publikationskanal
Licens för förläggarens version
CC BY
Parallellsparad
Ja
Övriga uppgifter
Vetenskapsområden
Fysik; El-, automations- och telekommunikationsteknik, elektronik; Maskin- och produktionsteknik; Nanoteknologi
Nyckelord
[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object]
Förlagets internationalitet
Internationell
Språk
engelska
Internationell sampublikation
Nej
Sampublikation med ett företag
Nej
DOI
10.1002/aisy.201900036
Publikationen ingår i undervisnings- och kulturministeriets datainsamling
Ja