人工光神经突触用于彩色和混色模式识别

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摘要

突触装置研究的重点是要证明该装置在模拟突触动力学方面的潜力，而不是进一步使突触装置功能化以进行更复杂的学习。在此，该文章在h-BN/WSe2异质结构上同时执行突触与视敏功能来展示一种光神经突触装置。该装置模拟了人类视觉系统在光神经网络中的彩色和彩色混合模式识别能力。我们的突触装置展示了一个接近线性的重量更新轨迹，同时提供了大量稳定的传导状态，每个状态的变化小于1%。该设备工作在0.3 V的低电压峰值下，每个峰值仅消耗66 fJ。因此，这有助于演示准确和节能的彩色和混合颜色模式识别。这项工作将是向神经网络迈出的重要一步，神经网络包括用于更复杂模式识别的神经传感和训练功能。

图1

（a）人体视神经系统原理图，与h-BN/WSe2光电探测器集成的h-BN/WSe2突触装置，以及ONS装置的简化电路。这里的光源是波长为655纳米的点激光器(红色)、532纳米(绿色)和405纳米(蓝色)，所有波长的固定功率密度§为6mw/cm−2
（b） h-BN/WSe2 ONS器件在不同光条件(无光和RGB)下的兴奋抑制突触后电流特性及电导提取变化
（c）在不同光照条件下的长期电位和抑制曲线，突触装置由振幅为0.3 V的输入脉冲控制。
（d）非线性对比
（e）有效电导态与波长无关

图2

（a）生物突触功能/结构/结构与我们合成的WSe2/WCL/h-BN突触装置的比较
（b） X-TEM图像为WSe2/WCL/h-BN结构，与高分辨率图像对应WSe2/WCL和WCL/h-BN接口。在WSe2/WCL/h-BN结构截面上得到c、d EELS ©和EDS (d)映射图像
（c） e 脉冲幅值分别为0.1 V和1v后的电流弛豫曲线，以及脉冲后1s时快速陷阱和慢陷阱中未回收电子的贡献比
（d） f 说明脉冲后的能带图和快速阱中载流子的脱俘获后的能带图
（e） g 突触后电导的变化和开关能量作为O2等离子体处理时间的函数测量。在这里，所有的Vpulse应用时间为10ms

图3

（a）不同输入脉冲的长期电位和抑制特性，振幅分别为0.3 V、0.5 V或1v
（b）数量的有效电导州3例thresholdΔG = 0.3%,和LTP /曲线,当600脉冲应用在每个上升和下降
（c）电导态在1%以下变化时的稳定性
（d）在h-BN/WSe2突触装置中获得的依赖于STDP。突触前和突触后电压分别作用于突触前和突触后

图4

（a）开发了一种用于28×28 rgb彩色图像识别的ONN
（b）训练和测试数据集的例子分别由单色和混合颜色的数字模式图像组成。
（c）识别率是训练次数的函数
（d）第12、600次训练后的权重映射图像。每输出神经元在第600个训练周期后分别为单色数(蓝色4)和混色数(红色/绿色4)时的激活值

总结：

通过器件对不同波长的光有不同的响应这一特性，对 red1, red4, green1, green4, bule1, bule4的数据做6分类

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摘要

图1

图2

图3

图4

总结：

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