反铁磁神经形态记忆：新型自旋电子设备实现了类似大脑的记忆和处理

中国科学院（CAS）中国科学技术大学（USTC）龙世兵教授领导的一个研究小组首次制造了基于CoO/Pt异质结构的自旋电子神经形态器件。该研究发表在《纳米快报》上

自旋电子学器件因其低功耗、高工作速度和抗辐射性而受到广泛关注。反铁磁（AFM）材料具有原子尺度的交变磁矩分布，是开发自旋电子神经形态器件的理想候选者。然而，构建AFM神经形态器件仍然是一个挑战

首先，研究人员基于具有（111）取向的CoO/Pt异质结构获得了平面外磁各向异性。通过测量霍尔电阻，研究人员根据第一性原理计算证实了该器件的强垂直各向异性

该团队实现了该器件磁化反转的非线性特征，以及在热激活下的自弛豫。由于超薄CoO的可旋转机制，该器件的CoO/Pt材料很好地反映了磁化反转

器件中激活磁畴的反转决定了其弛豫行为，这与其短期记忆能力有关。此外，研究人员控制了磁场的扫描速度，以更好地识别系统中的长期记忆

基于这些结果，神经形态装置表现出非线性反应和短期记忆，实现了全电读写

研究人员还证明，该设备在储层计算任务中具有很高的识别精度，如手写数字识别和量子态分类。通过使脉冲序列通过非线性AFM器件，有效地提高了识别精度

该团队提出并验证了其在多维信息处理方面的独特优势。基于其双向弛豫特性，该设备能够实现三元编码，并准确识别附加维度中的信息

该研究为进一步利用AFM材料开发具有超高速和超紧凑集成的神经形态计算系统奠定了基础 More information: Xueqiang Xiang et al, An Antiferromagnetic Neuromorphic Memory Based on Perpendicularly Magnetized CoO, Nano Letters (2024). DOI: 10.1021/acs.nanolett.4c02340

Journal information: Nano Letters