Computing inspired by the human brain requires a massive parallel architecture of low-power consuming elements of which the internal state can be changed. SrTiO3 is a complex oxide that offers rich electronic properties; here, Schottky contacts on Nb-doped SrTiO3 are demonstrated as memristive elements for neuromorphic computing. The electric field at the Schottky interface alters the conductivity of these devices in an analog fashion, which is important for mimicking synaptic plasticity. Promising power consumption and endurance characteristics are observed. The resistance states are shown to emulate the forgetting process of the brain. A charge trapping model is proposed to explain the switching behavior.

1.
J.
von Neumann
,
IEEE Ann. Hist. Comput.
15
,
27
(
1993
).
2.
J. J.
Yang
,
D. B.
Strukov
, and
D. R.
Stewart
,
Nat. Nanotechnol.
8
,
13
(
2013
).
3.
C. D.
Schuman
,
T. E.
Potok
,
R. M.
Patton
,
J. D.
Birdwell
,
M. E.
Dean
,
G. S.
Rose
, and
J. S.
Plank
, e-print arXiv:1705.06963v1 (2017).
4.
E.
Covi
,
S.
Brivio
,
A.
Serb
,
T.
Prodromakis
,
M.
Fanciulli
, and
S.
Spiga
,
Front. Neurosci.
10
,
3389
(
2016
).
5.
J.
Grollier
,
D.
Querlioz
, and
M. D.
Stiles
,
Proc. IEEE
104
,
2024
(
2016
).
6.
G.
Indiveri
and
S. C.
Liu
,
Proc. IEEE
103
,
1379
(
2015
).
7.
D.
Kuzum
,
R. G. D.
Jeyasingh
,
B.
Lee
, and
H. S.
Wong
,
Nano Lett.
12
,
2179
(
2012
).
8.
S.
Boyn
,
J.
Grollier
,
G.
Lecerf
,
B.
Xu
,
N.
Locatelli
,
S.
Fusil
,
S.
Girod
,
C.
Carrétéro
,
K.
Garcia
,
S.
Xavier
,
J.
Tomas
,
L.
Bellaiche
,
M.
Bibes
,
A.
Barthélémy
,
S.
Saïghi
, and
V.
Garcia
,
Nat. Commun.
8
,
14736
(
2017
).
9.
R.
Yang
,
K.
Terabe
,
G.
Liu
,
T.
Tsuruoka
,
T.
Hasegawa
,
J. K.
Gimzewski
, and
M.
Aono
,
ACS Nano
6
,
9515
(
2012
).
10.
Y.
Abbas
,
Y. R.
Jeon
,
A. S.
Sokolov
,
S.
Kim
,
B.
Ku
, and
C.
Choi
,
Sci. Rep.
8
,
1228
(
2018
).
11.
X. B.
Yin
,
Z. H.
Tan
,
R.
Yang
, and
X.
Guo
,
J. Electroceramics
39
,
210
(
2017
).
12.
L. O.
Chua
,
IEEE Trans. Circuit Theor.
18
,
507
(
1971
).
13.
J.
Joshua Yang
,
F.
Miao
,
M. D.
Pickett
,
D. A. A.
Ohlberg
,
D. R.
Stewart
,
C. N.
Lau
, and
R. S.
Williams
,
Nanotechnology
20
,
215201
(
2009
).
15.
K. M.
Kim
,
J.
Zhang
,
C.
Graves
,
J. J.
Yang
,
B. J.
Choi
,
C. S.
Hwang
,
Z.
Li
, and
R. S.
Williams
,
Nano Lett.
16
,
6724
(
2016
).
16.
E.
Mikheev
,
B. D.
Hoskins
,
D. B.
Strukov
, and
S.
Stemmer
,
Nat. Commun.
5
,
3990
(
2014
).
17.
R.
Muenstermann
,
T.
Menke
,
R.
Dittmann
, and
R.
Waser
,
Adv. Mater.
22
,
4819
(
2010
).
18.
X.-B.
Yin
,
Z.-H.
Tan
, and
X.
Guo
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
17
,
134
(
2015
).
19.
K.
Dong-Wook
,
G.
Minji
,
L.
Eunsongyi
,
S.
Ahrum
, and
M. B.
El
,
J. Korean Phys. Soc.
57
,
1432
(
2010
).
20.
X. G.
Chen
,
X. B.
Ma
,
Y. B.
Yang
,
L. P.
Chen
,
G. C.
Xiong
,
G. J.
Lian
,
Y. C.
Yang
, and
J. B.
Yang
,
Appl. Phys. Lett.
98
,
122102
(
2011
).
21.
C.
Park
,
Y.
Seo
,
J.
Jung
, and
D.-W.
Kim
,
J. Appl. Phys.
103
,
054106
(
2008
).
22.
D. J.
Seong
,
M.
Jo
,
D.
Lee
, and
H.
Hwang
,
Electrochem. Solid-State Lett.
10
,
H168
(
2007
).
23.
M. C.
Ni
,
S. M.
Guo
,
H. F.
Tian
,
Y. G.
Zhao
, and
J. Q.
Li
,
Appl. Phys. Lett.
91
,
183502
(
2007
).
24.
H. Y.
Hwang
,
Y.
Iwasa
,
M.
Kawasaki
,
B.
Keimer
,
N.
Nagaosa
, and
Y.
Tokura
,
Nat. Mater.
11
,
103
(
2012
).
25.
M.
Ben Shalom
,
C. W.
Tai
,
Y.
Lereah
,
M.
Sachs
,
E.
Levy
,
D.
Rakhmilevitch
,
A.
Palevski
, and
Y.
Dagan
,
Phys. Rev. B Condens. Matter Mater. Phys.
80
,
140403
(
2009
).
26.
A. D.
Caviglia
,
M.
Gabay
,
S.
Gariglio
,
N.
Reyren
,
C.
Cancellieri
, and
J. M.
Triscone
,
Phys. Rev. Lett.
104
,
126803
(
2010
).
27.
J. A.
Sulpizio
,
S.
Ilani
,
P.
Irvin
, and
J.
Levy
,
Annu. Rev. Mater. Res.
44
,
117
(
2014
).
28.
A. M.
Kamerbeek
,
P.
Högl
,
J.
Fabian
, and
T.
Banerjee
,
Phys. Rev. Lett.
115
,
136601
(
2015
).
29.
W.
Han
,
X.
Jiang
,
A.
Kajdos
,
S. H.
Yang
,
S.
Stemmer
, and
S. S. P.
Parkin
,
Nat. Commun.
4
,
2134
(
2013
).
30.
A. M.
Kamerbeek
,
R.
Ruiter
, and
T.
Banerjee
,
Sci. Rep.
8
,
1378
(
2018
).
31.
A.
Das
,
S. T.
Jousma
, and
T.
Banerjee
,
SPIN
8
,
1840004
(
2018
).
32.
R. C.
Neville
,
B.
Hoeneisen
, and
C. A.
Mead
,
J. Appl. Phys.
43
,
2124
(
1972
).
33.
T.
Susaki
,
Y.
Kozuka
,
Y.
Tateyama
, and
H. Y.
Hwang
,
Phys. Rev. B
76
,
155110
(
2007
).
34.
A. M.
Kamerbeek
,
E. K.
De Vries
,
A.
Dankert
,
S. P.
Dash
,
B. J.
Van Wees
, and
T.
Banerjee
,
Appl. Phys. Lett.
104
,
212106
(
2014
).
35.
M.
Andrä
,
F.
Dvor̆k
,
M.
Vorokhta
,
S.
Nems̆ák
,
V.
Matolín
,
C. M.
Schneider
,
R.
Dittmann
,
F.
Gunkel
,
D. N.
Mueller
, and
R.
Waser
,
APL Mater.
5
,
056106
(
2017
).
36.
C.
Mitra
,
C.
Lin
,
J.
Robertson
, and
A. A.
Demkov
,
Phys. Rev. B
86
,
155105
(
2012
).
37.
S.
Saraf
,
I.
Riess
, and
A.
Rothschild
,
Adv. Electron. Mater.
2
,
1500368
(
2016
).
38.
Z.
Fan
,
H.
Fan
,
L.
Yang
,
P.
Li
,
Z.
Lu
,
G.
Tian
,
Z.
Huang
,
Z.
Li
,
J.
Yao
,
Q.
Luo
,
C.
Chen
,
D.
Chen
,
Z.
Yan
,
M.
Zeng
,
X.
Lu
,
X.
Gao
, and
J.-M.
Liu
,
J. Mater. Chem. C
5
,
7317
(
2017
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.