Double couche électrique neuromorphique la plus rapide

La technologie peut être utilisée pour développer des appareils d’IA de pointe plus rapides et polyvalents

Institut national pour la science des matériaux, Japon

image : Chiffre. (À gauche) Schéma schématique du transistor électrique à double couche développé dans ce projet de recherche. (À droite) Une vitesse de fonctionnement neuromorphique significativement plus élevée a été obtenue en utilisant ce transistor par rapport aux transistors électriques à double couche existants.Voir plus

Crédit : Institut national des sciences des matériauxTakashi Tsuchiya

1. Une équipe de recherche composée du NIMS et de l'Université des sciences de Tokyo a développé le transistor électrique double couche le plus rapide en utilisant un film mince en céramique hautement conducteur d'ions et un film mince en diamant. Ce transistor peut être utilisé pour développer des dispositifs d'IA de pointe à haute vitesse et économes en énergie avec un large éventail d'applications, notamment la prédiction d'événements futurs et la reconnaissance/détermination de formes dans les images (y compris la reconnaissance faciale), les voix et les odeurs.

2. Un transistor électrique à double couche fonctionne comme un interrupteur utilisant les changements de résistance électrique provoqués par la charge et la décharge d'une double couche électrique formée à l'interface entre l'électrolyte et le semi-conducteur. Parce que ce transistor est capable d'imiter la réponse électrique des neurones cérébraux humains (c'est-à-dire, agissant comme un transistor neuromorphique), son utilisation dans les dispositifs d'IA est potentiellement prometteuse. Cependant, les transistors électriques à double couche existants sont lents à commuter entre les états passant et bloqué. Le temps de transition typique varie de plusieurs centaines de microsecondes à 10 millisecondes. Le développement de transistors électriques à double couche plus rapides est donc souhaitable.

3. Cette équipe de recherche a développé un transistor électrique à double couche en déposant des films minces de céramique (couche mince de zircone poreuse stabilisée à l'yttrium) et de diamant avec un haut degré de précision à l'aide d'un laser pulsé, formant une double couche électrique à l'interface céramique/diamant. Le film mince de zircone est capable d'adsorber de grandes quantités d'eau dans ses nanopores et de permettre aux ions hydrogène de l'eau de migrer facilement à travers lui, permettant ainsi à la double couche électrique d'être rapidement chargée et déchargée. Cet effet électrique de double couche permet au transistor de fonctionner très rapidement. L’équipe a en fait mesuré la vitesse à laquelle le transistor fonctionne en lui appliquant une tension pulsée et a constaté qu’il fonctionne 8,5 fois plus vite que les transistors électriques double couche existants, établissant ainsi un nouveau record du monde. L’équipe a également confirmé la capacité de ce transistor à convertir avec précision les formes d’onde d’entrée en de nombreuses formes d’onde de sortie différentes, une condition préalable pour que les transistors soient compatibles avec les dispositifs d’IA neuromorphique.

4. Ce projet de recherche a produit une nouvelle technologie de film mince en céramique capable de charger et de décharger rapidement une double couche électrique de plusieurs nanomètres d'épaisseur. Il s’agit d’une réalisation majeure dans les efforts visant à créer des dispositifs assistés par l’IA pratiques, rapides et économes en énergie. Ces appareils, associés à divers capteurs (par exemple des montres intelligentes, des caméras de surveillance et des capteurs audio), devraient offrir des outils utiles dans diverses industries, notamment la médecine, la prévention des catastrophes, la fabrication et la sécurité.

5. Cette recherche a été publiée dans le numéro du 16 juin 2023 de Materials Today Advances (DOI : 10.1016/j.mtadv.2023.100393).

Les matériaux aujourd’hui avancent

10.1016/j.mtadv.2023.100393

Étude expérimentale

N'est pas applicable

Commutation ultrarapide d'un transistor électrique double couche entièrement solide avec un conducteur de protons en zircone poreux stabilisé par l'yttria et application à l'informatique neuromorphique

16 juin 2023

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