Electric-field Driven Conformational Changes in Molecular Memristor and Synaptic Behavior
- 주제어 (키워드) Molecular electronics , Molecular memristor , Quantum tunneling , Neuromorphic computing , Anion reaction dynamics , 분자전자학 , 분자멤리스터 , 터널링 , 뉴로모픽 컴퓨팅 , 음이온 반응 동역학
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 박준우
- 발행년도 2025
- 학위수여년월 2025. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 화학과
- 실제 URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000079818
- UCI I804:11029-000000079818
- 본문언어 영어
- 저작권 서강대학교 논문은 저작권 보호를 받습니다.
초록 (요약문)
이 논문은 저에너지 소비를 목표로 설계된 뉴로모픽 컴퓨팅 시스템에서 분자 인공 시냅스의 활용 가능성을 보여준다. 염화 코발트와 착화합물을 형성한 2,2'-바이피리딘의 말단기를 갖는 알칸티올레이트 (alkanethiolates terminated with 2,2’-bipyridine complexed with CoCl₂) 자기조립단분자막 기반의 분자소자를 이용해 시냅스 동작을 모방하였다. 이 분자소자는 3.9 pJ μm⁻²의 낮은 에너지로 시냅스 동작을 모방한다. 이 분자소자의 전도도는 비상관성 전하 이동 (incoherent charge transport) 영역의 펄스를 인가함으로써 조절 가능하다. 이 영역에서 전하 주입은 탄소-탄소 결합 회전을 위한 낮은 에너지 장벽을 극복하게 하여 단분자막의 구조적 변화를 유도한다. 이러한 전도도의 가역적인 증가/감소 특성은 MNIST 손글씨 데이터베이스를 이용한 패턴 인식 시뮬레이션에서 90%의 정확도를 달성하였다. 또한, 이 분자 접합은 정류 특성과 전도도 이력현상 특성을 동시에 나타내어 어레이 구조에서 누설전류를 효과적으로 억제할 수 있음을 보인다.
more초록 (요약문)
This paper demonstrates the use of molecular artificial synapses in neuromorphic computing systems designed for low energy consumption. A molecular junction, based on self-assembled monolayers (SAMs) of alkanethiolates terminated with 2,2’-bipyridine complexed with cobalt chloride, exhibits synaptic behaviors with an energy consumption of 3.9 pJ μm-2. Conductance can be modulated simply by applying pulses in the incoherent charge transport (CT) regime. Charge injection in this regime allows molecules to overcome the low energy barrier for C-C bond rotations, resulting in conformational changes of the SAMs. The reversible potentiation/depression process of conductance achieved 90% accuracy in recognizing patterns from the Modified National Institute of Standards and Technology (MNIST) handwritten digit database. The molecular junction further exhibits both rectifying and conductance hysteresis behaviors, showing potential for use in selector-free synaptic arrays that efficiently suppress sneak currents.
more목차
1. Introduction 11
2. Experimental 14
2.1. Materials 14
2.2. Choice of Electrodes 14
2.3. Preparation of BIPY-CoCl2 junctions 14
2.4. Characterization: I-V measurements 15
2.5. Artificial neural network simulation 15
3. Results and Discussion 17
3.1. Structure of BIPY-CoCl2 junction 17
3.2. Incoherent CT-induced hysteresis of conductance 18
3.3. Mimicking synaptic behaviors 27
3.4. Recognition simulation for MNIST patterns 37
3.5. Rectifying property as a selector-free crossbar array 42
4. Conclusion 49
References 51