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.

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
).
You do not currently have access to this content.