The memtranstors employing the magnetoelectric effects have the great potential to develop artificial synaptic devices. We have fabricated a memtranstor made of the FeGa/PMN-PT/FeGa multiferroic heterostructure and used it to mimic the functions of synapses. The magnetoelectric voltage of the device can be continuously tuned by applying a train of electric-field pulses. Consequently, synaptic plasticity, including the long-term potentiation, long-term depression, and spiking-time-dependent plasticity, has been demonstrated in the memtranstor at room temperature. Simulations on a neural network made of an array of the memtranstors reveal the capability of pattern learning with a high accuracy.
References
1.
J.
del Valle
, J. G.
Ramírez
, M. J.
Rozenberg
, and I. K.
Schuller
, J. Appl. Phys.
124
, 211101
(2018
).2.
Y.
Burgt
, A.
Melianas
, S. T.
Keene
, G.
Malliaras
, and A.
Salleo
, Nat. Electron.
1
, 386
(2018
).3.
D. S.
Jeong
and C. S.
Hwang
, Adv. Mater.
30
, 1704729
(2018
).4.
R.
Islam
, H.
Li
, P. Y.
Chen
, W.
Wan
, H. Y.
Chen
, B.
Gao
, H.
Wu
, S.
Yu
, K.
Saraswat
, and H. P.
Wong
, J. Phys. D: Appl. Phys.
52
, 113001
(2019
).5.
J.
Zhu
, T.
Zhang
, Y.
Yang
, and R.
Huang
, Appl. Phys. Rev.
7
, 011312
(2020
).6.
S. H.
Jo
, T.
Chang
, I.
Ebong
, B. B.
Bhadviya
, P.
Mazumder
, and W.
Lu
, Nano Lett.
10
, 1297
(2010
).7.
S.
Yu
, B.
Gao
, Z.
Fang
, H.
Yu
, J.
Kang
, and H. S. P.
Wong
, Adv. Mater.
25
, 1774
(2013
).8.
F.
Alibart
, E.
Zamanidoost
, and D. B.
Strukov
, Nat. Commun.
4
, 2072
(2013
).9.
C. S.
Yang
, D. S.
Shang
, N.
Liu
, G.
Shi
, X.
Shen
, R. C.
Yu
, Y. Q.
Li
, and Y.
Sun
, Adv. Mater.
29
, 1700906
(2017
).10.
D.
Kuzum
, R. G. D.
Jeyasingh
, B.
Lee
, and H. S. P.
Wong
, Nano Lett.
12
, 2179
(2012
).11.
G. W.
Burr
, R. M.
Shelby
, S.
Sidler
, C.
di Nolfo
, J.
Jang
, I.
Boybat
, R. S.
Shenoy
, P.
Narayanan
, K.
Virwani
, E. U.
Giacometti
, B. N.
Kurdi
, and H.
Hwang
, IEEE Trans. Electron Devices
62
, 3498
(2015
).12.
T.
Tuma
, A.
Pantazi
, M. L.
Gallo
, A.
Sebastian
, and E.
Eleftheriou
, Nat. Nanotechnol.
11
, 693
(2016
).13.
Y.
Zhang
, Q.
Zheng
, X.
Zhu
, Z.
Yuan
, and K.
Xia
, Sci. China Physics, Mechanics & Astronomy
63
, 277531
(2020
).14.
W. A.
Borders
, H.
Akima
, S.
Fukami
, S.
Moriya
, S.
Kurihara
, Y.
Horio
, S.
Sato
, and H.
Ohno
, Appl. Phys. Express
10
, 013007
(2017
).15.
W.
Jiang
, L.
Chen
, K.
Zhou
, L.
Li
, Q.
Fu
, Y.
Du
, and R. H.
Liu
, Appl. Phys. Lett.
115
, 192403
(2019
).16.
S.
Boyn
, J.
Grollier
, G.
Lecerf
, B.
Xu
, N.
Locatelli
, S.
Fusil
, S.
Girod
, C.
Carretero
, K.
Garcia
, S.
Xavier
, J.
Tomas
, L.
Bellaiche
, M.
Bibes
, A.
Barthelemy
, S.
Saighi
, and V.
Garcia
, Nat. Commun.
8
, 14736
(2017
).17.
Y.
Kaneko
, Y.
Nishitani
, and M.
Ueda
, IEEE Trans. Electron Devices
61
, 2827
(2014
).18.
J. X.
Shen
, D. S.
Shang
, Y. S.
Chai
, S. G.
Wang
, B. G.
Shen
, and Y.
Sun
, Adv. Mater.
30
, 1706717
(2018
).19.
P. P.
Lu
, J. X.
Shen
, D. S.
Shang
, and Y.
Sun
, J. Phys. D: Appl. Phys.
52
, 465303
(2019
).20.
P. P.
Lu
, J. X.
Shen
, D. S.
Shang
, and Y.
Sun
, ACS Appl. Mater. Interfaces
12
, 4673
(2020
).21.
D. S.
Shang
, Y. S.
Chai
, Z. X.
Cao
, J.
Lu
, and Y.
Sun
, Chin. Phys. B
24
, 068402
(2015
).22.
J. X.
Shen
, J. Z.
Cong
, Y. S.
Chai
, D. S.
Shang
, S. S.
Shen
, K.
Zhai
, Y.
Tian
, and Y.
Sun
, Phys. Rev. Appl.
6
, 021001
(2016
).23.
J. X.
Shen
, J. Z.
Cong
, D. S.
Shang
, Y. S.
Chai
, S. S.
Shen
, K.
Zhai
, and Y.
Sun
, Sci. Rep.
6
, 34473
(2016
).24.
J. X.
Shen
, D. S.
Shang
, Y. S.
Chai
, Y.
Wang
, J. Z.
Cong
, S. S.
Shen
, L. Q.
Yan
, W. H.
Wang
, and Y.
Sun
, Phys. Rev. Appl.
6
, 064028
(2016
).25.
R.
Wu
, J. Appl. Phys.
91
, 7358
(2002
).26.
H.
Wang
, Y. N.
Zhang
, R. Q.
Wu
, L. Z.
Sun
, D. S.
Xu
, and Z. D.
Zhang
, Sci. Rep.
3
, 3521
(2013
).27.
Y.
Zhou
, S. C.
Yang
, D. J.
Apo
, D.
Maurya
, and S.
Priya
, Appl. Phys. Lett.
101
, 232905
(2012
).28.
N.
Caporale
and Y.
Dan
, Annu. Rev. Neurosci.
31
, 25
(2008
).29.
T.
Ohno
, T.
Hasegawa
, T.
Tsuruoka
, K.
Terabe
, J. K.
Gimzewski
, and M.
Aono
, Nat. Mater.
10
, 591
(2011
).© 2021 Author(s). Published under an exclusive license by AIP Publishing.
2021
Author(s)
You do not currently have access to this content.