基于固定磁 skyrmion 的共振发放神经元

在大脑中，许多神经元的膜电位以亚阈值阻尼方式振荡，并在被接近其本征频率的输入频率激发时发放。在这项工作中，我们理论上研究了利用磁隧道结（MTJ）自由层中固定磁 skyrmion 的磁化动力学来实现此类“共振并发放”神经元的人工实现。为实现该人工神经元的纳米磁实现的发放，我们提议采用磁各向异性电压控制或电压产生的应变作为输入（脉冲或正弦）信号，其调制垂直磁各向异性（PMA）。这导致 skyrmion 核的持续膨胀和收缩（即呼吸），模拟亚阈值振荡。任何具有接近呼吸周期的间隔的后续输入脉冲或接近本征频率的正弦输入都以共振方式驱动固定 skyrmion 的磁化动力学。由于 skyrmion 核的该共振振荡引起的 MTJ 层时变电阻被用于驱动互补金属氧化物半导体（CMOS）缓冲电路，其产生脉冲输出。通过严格的微磁模拟，我们研究了脉冲间时序依赖性以及对不同兴奋性和抑制性输入脉冲的响应。最后，我们表明此类共振发放神经元在基于耦合纳米磁振荡器的联想存储阵列中具有潜在应用。