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Jul 25, 2023

Rápido transistor eléctrico neuromórfico de doble capa dirigido a la IA...

Este transistor se puede utilizar para desarrollar dispositivos de inteligencia artificial de vanguardia de alta velocidad y eficiencia energética con una amplia gama de aplicaciones, incluida la predicción de eventos futuros y el reconocimiento/determinación de patrones en imágenes.

Este transistor se puede utilizar para desarrollar dispositivos de inteligencia artificial de vanguardia de alta velocidad y eficiencia energética con una amplia gama de aplicaciones, incluida la predicción de eventos futuros y el reconocimiento/determinación de patrones en imágenes (como el reconocimiento facial), voces y olores.

Un transistor eléctrico de doble capa funciona como un interruptor utilizando cambios de resistencia eléctrica causados ​​por la carga y descarga de una doble capa eléctrica formada en la interfaz entre el electrolito y el semiconductor. Debido a que este transistor es capaz de imitar la respuesta eléctrica de las neuronas cerebrales humanas (es decir, actuar como un transistor neuromórfico), su uso en dispositivos de IA es potencialmente prometedor. Sin embargo, los transistores eléctricos de doble capa existentes tardan en cambiar entre estados de encendido y apagado. El tiempo de transición típico oscila entre varios cientos de microsegundos y 10 milisegundos. Por tanto, es deseable el desarrollo de transistores eléctricos de doble capa más rápidos.

El equipo de investigación desarrolló un transistor eléctrico de doble capa depositando películas delgadas de cerámica (película delgada de circonio poroso estabilizada con itria) y de diamante con un alto grado de precisión utilizando un láser pulsado, formando una doble capa eléctrica en la interfaz cerámica/diamante. La fina película de circonio es capaz de adsorber grandes cantidades de agua en sus nanoporos y permitir que los iones de hidrógeno del agua migren fácilmente a través de ella, lo que permite que la doble capa eléctrica se cargue y descargue rápidamente. Este efecto eléctrico de doble capa permite que el transistor funcione muy rápidamente. De hecho, el equipo midió la velocidad a la que opera el transistor aplicándole voltaje pulsado y descubrió que funciona 8,5 veces más rápido que los transistores eléctricos de doble capa existentes, estableciendo un nuevo récord mundial. El equipo también confirmó la capacidad de este transistor para convertir formas de onda de entrada en muchas formas de onda de salida diferentes con precisión, un requisito previo para que los transistores sean compatibles con dispositivos de IA neuromórficos.

El proyecto de investigación produjo una nueva tecnología de película fina cerámica capaz de cargar y descargar rápidamente una doble capa eléctrica de varios nanómetros de espesor. Este es un logro importante en los esfuerzos por crear dispositivos asistidos por IA prácticos, de alta velocidad y energéticamente eficientes. Se espera que estos dispositivos, en combinación con varios sensores (por ejemplo, relojes inteligentes, cámaras de vigilancia y sensores de audio), ofrezcan herramientas útiles en diversas industrias, incluidas la medicina, la prevención de desastres, la fabricación y la seguridad.

Imagen: (Izquierda) Diagrama esquemático del transistor eléctrico de doble capa desarrollado en este proyecto de investigación. (Derecha) Se logró una velocidad de operación neuromórfica significativamente mayor utilizando este transistor en comparación con los transistores eléctricos de doble capa existentes. Crédito Instituto Nacional de Ciencia de Materiales Takashi Tsuchiya.

La investigación fue publicada en Materials Today Advances: https://doi.org/10.1016/j.mtadv.2023.100393.