Lithium-Battery Anode Gains Additional Functionality for Neuromorphic Computing through Metal-Insulator Phase Separation.
lithium titanates
memristors
metal-insulator transition
neuromorphic computing
phase separation
Journal
Advanced materials (Deerfield Beach, Fla.)
ISSN: 1521-4095
Titre abrégé: Adv Mater
Pays: Germany
ID NLM: 9885358
Informations de publication
Date de publication:
Mar 2020
Mar 2020
Historique:
received:
13
11
2019
revised:
20
12
2019
pubmed:
21
1
2020
medline:
21
1
2020
entrez:
21
1
2020
Statut:
ppublish
Résumé
Specialized hardware for neural networks requires materials with tunable symmetry, retention, and speed at low power consumption. The study proposes lithium titanates, originally developed as Li-ion battery anode materials, as promising candidates for memristive-based neuromorphic computing hardware. By using ex- and in operando spectroscopy to monitor the lithium filling and emptying of structural positions during electrochemical measurements, the study also investigates the controlled formation of a metallic phase (Li
Identifiants
pubmed: 31958189
doi: 10.1002/adma.201907465
doi:
Types de publication
Journal Article
Langues
eng
Sous-ensembles de citation
IM
Pagination
e1907465Subventions
Organisme : National Science Foundation
ID : DMR-1419807
Organisme : National Science Foundation
ID : 1541959
Informations de copyright
© 2020 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim.
Références
L. Chua, IEEE Trans. Circuit Theory 1971, CT-18, 507.
T. W. Hickmott, J. Appl. Phys. 1962, 33, 2669.
J. F. Gibbons, W. E. Beadle, Solid-State Electron. 1964, 7, 785.
R. Waser, M. Aono, Nat. Mater. 2007, 6, 833.
R. Waser, R. Dittmann, G. Staikov, K. Szot, Adv. Mater. 2009, 21, 2632.
J. J. Yang, D. B. Strukov, D. R. Stewart, Nat. Nanotechnol. 2013, 8, 13.
A. A. Chien, V. Karamcheti, Computer (Long Beach Calif). 2013, 46, 48.
A. Sebastian, M. Le Gallo, G. W. Burr, S. Kim, M. Brightsky, E. Eleftheriou, J. Appl. Phys. 2018, 124, 111101.
S. Ambrogio, P. Narayanan, H. Tsai, R. M. Shelby, I. Boybat, C. Di Nolfo, S. Sidler, M. Giordano, M. Bodini, N. C. P. Farinha, B. Killeen, C. Cheng, Y. Jaoudi, G. W. Burr, Nature 2018, 558, 60.
M. Prezioso, F. Merrikh-Bayat, B. D. Hoskins, G. C. Adam, K. K. Likharev, D. B. Strukov, Nature 2015, 521, 61.
T. Gokmen, Y. Vlasov, Front. Neurosci. 2016, 10, 333.
F. Pan, S. Gao, C. Chen, C. Song, F. Zeng, Mater. Sci. Eng.: R Rep. 2014, 83, 1.
G. W. Burr, B. N. Kurdi, J. C. Scott, C. H. Lam, K. Gopalakrishnan, R. S. Shenoy, IBM J. Res. Dev. 2008, 52, 449.
A. Wedig, M. Luebben, M. Moors, D. Y. Cho, K. Skaja, T. Hasegawa, K. K. Adepalli, B. Yildiz, R. Waser, I. Valov, Nat. Nanotechnol. 2015, 11, 67.
J. J. Yang, M. D. Pickett, X. Li, D. A. A. Ohlberg, D. R. Stewart, R. S. Williams, Nat. Nanotechnol. 2008, 3, 429.
M. J. Lee, C. B. Lee, D. Lee, S. R. Lee, M. Chang, J. H. Hur, Y. B. Kim, C. J. Kim, D. H. Seo, S. Seo, U. I. Chung, I. K. Yoo, K. Kim, Nat. Mater. 2011, 10, 625.
M. Kubicek, R. Schmitt, F. Messerschmitt, J. L. M. Rupp, ACS Nano 2015, 9, 10737.
R. Schmitt, J. Spring, R. Korobko, J. L. M. Rupp, ACS Nano 2017, 11, 8881.
S. Schweiger, R. Pfenninger, W. J. Bowman, U. Aschauer, J. L. M. Rupp, Adv. Mater. 2017, 29, 1605049.
R. Schmitt, M. Kubicek, E. Sediva, M. Trassin, M. C. Weber, A. Rossi, H. Hutter, J. Kreisel, M. Fiebig, J. L. M. Rupp, Adv. Funct. Mater. 2019, 29, 1804782.
F. Messerschmitt, M. Kubicek, S. Schweiger, J. L. M. Rupp, Adv. Funct. Mater. 2014, 24, 7448.
K. Hoshino, N. L. Peterson, C. L. Wiley, J. Phys. Chem. Solids 1985, 46, 1397.
R. Nakamura, T. Toda, S. Tsukui, M. Tane, M. Ishimaru, T. Suzuki, H. Nakajima, J. Appl. Phys. 2014, 116, 033504.
H. Jiang, D. A. Stewart, J. Appl. Phys. 2016, 119, 134502.
I. Valov, R. Waser, J. R. Jameson, M. N. Kozicki, Nanotechnology 2011, 22, 254003.
N. Banno, T. Sakamoto, T. Hasegawa, K. Terabe, M. Aono, Jpn. J. Appl. Phys., Part 1 2006, 45, 3666.
M. N. Kozicki, M. Park, M. Mitkova, IEEE Trans. Nanotechnol. 2005, 4, 331.
C. Schindler, M. Weides, M. N. Kozicki, R. Waser, Appl. Phys. Lett. 2008, 92, 122910.
M. N. Kozicki, H. J. Barnaby, Semicond. Sci. Technol. 2016, 31, 113001.
K. Terabe, T. Hasegawa, T. Nakayama, M. Aono, Nature 2005, 433, 47.
Y. Li, W. C. Chueh, Annu. Rev. Mater. Res. 2018, 48, 137.
H. Xia, L. Lu, G. Ceder, J. Power Sources 2006, 159, 1422.
B. Stanje, D. Rettenwander, S. Breuer, M. Uitz, S. Berendts, M. Lerch, R. Uecker, G. Redhammer, I. Hanzu, M. Wilkening, Ann. Phys. 2017, 529, 1700140.
J. van den Broek, S. Afyon, J. L. M. Rupp, Adv. Energy Mater. 2016, 6, 1.
A. Milewska, K. Świerczek, J. Tobola, F. Boudoire, Y. Hu, D. K. Bora, B. S. Mun, A. Braun, J. Molenda, Solid State Ionics 2014, 263, 110.
A. Moradpour, O. Schneegans, S. Franger, A. Revcolevschi, R. Salot, P. Auban-Senzier, C. Pasquier, E. Svoukis, J. Giapintzakis, O. Dragos, V. C. Ciomaga, P. Chrétien, Adv. Mater. 2011, 23, 4141.
X. Zhu, C. S. Ong, X. Xu, B. Hu, J. Shang, H. Yang, S. Katlakunta, Y. Liu, X. Chen, L. Pan, J. Ding, R.-W. Li, Sci. Rep. 2013, 3, 1084.
V. H. Mai, A. Moradpour, P. A. Senzier, C. Pasquier, K. Wang, M. J. Rozenberg, J. Giapintzakis, C. N. Mihailescu, C. M. Orfanidou, E. Svoukis, A. Breza, C. B. Lioutas, S. Franger, A. Revcolevschi, T. Maroutian, P. Lecoeur, P. Aubert, G. Agnus, R. Salot, P. A. Albouy, R. Weil, D. Alamarguy, K. March, F. Jomard, P. Chrétien, O. Schneegans, Sci. Rep. 2015, 5, 7761.
V. S. Nguyen, V. H. Mai, P. A. Senzier, C. Pasquier, K. Wang, M. J. Rozenberg, N. Brun, K. March, F. Jomard, J. Giapintzakis, C. N. Mihailescu, E. Kyriakides, P. Nukala, T. Maroutian, G. Agnus, P. Lecoeur, S. Matzen, P. Aubert, S. Franger, R. Salot, P. Albouy, D. Alamarguy, B. Dkhil, P. Chrétien, O. Schneegans, Small 2018, 14, 1801038.
N. Nadkarni, T. Zhou, D. Fraggedakis, T. Gao, M. Z. Bazant, Adv. Funct. Mater. 2019, 29, 1902821.
X. Zhu, J. Zhou, L. Chen, S. Guo, G. Liu, R. W. Li, W. D. Lu, Adv. Mater. 2016, 28, 7658.
C. M. Orfanidou, P. S. Ioannou, E. Kyriakides, C. Nicolaou, C. N. Mihailescu, V. S. Nguyen, V. H. Mai, O. Schneegans, J. Giapintzakis, AIP Adv. 2018, 8, 115211.
J. D. Greenlee, C. F. Petersburg, W. Laws Calley, C. Jaye, D. A. Fischer, F. M. Alamgir, W. Alan Doolittle, Appl. Phys. Lett. 2012, 100, 182106.
C. Yakopcic, S. Wang, W. Wang, E. Shin, J. Boeckl, G. Subramanyam, T. M. Taha, Neural Comput. Appl. 2018, 30, 3773.
J. D. Greenlee, J. C. Shank, M. B. Tellekamp, E. X. Zhang, J. Bi, D. M. Fleetwood, M. L. Alles, R. D. Schrimpf, W. A. Doolittle, IEEE Trans. Nucl. Sci. 2013, 60, 4555.
S. Wang, W. Wang, C. Yakopcic, E. Shin, G. Subramanyam, T. M. Taha, Microelectron. Eng. 2017, 168, 37.
T. Shi, J. F. Wu, Y. Liu, R. Yang, X. Guo, Adv. Electron. Mater. 2017, 3, 1700046.
K. Mukai, Y. Kato, H. Nakano, J. Phys. Chem. C 2014, 118, 2992.
B. Zhao, R. Ran, M. Liu, Z. Shao, Mater. Sci. Eng.: R Rep. 2015, 98, 1.
K. M. Colbow, J. R. Dahn, R. R. Haering, J. Power Sources 1989, 26, 397.
W. Schmidt, P. Bottke, M. Sternad, P. Gollob, V. Hennige, M. Wilkening, Chem. Mater. 2015, 27, 1740.
M. Wagemaker, D. R. Simon, E. M. Kelder, J. Schoonman, C. Ringpfeil, U. Haake, D. Lützenkirchen-Hecht, R. Frahm, F. M. Mulder, Adv. Mater. 2006, 18, 3169.
X. Lu, L. Zhao, X. He, R. Xiao, L. Gu, Y. S. Hu, H. Li, Z. Wang, X. Duan, L. Chen, J. Maier, Y. Ikuhara, Adv. Mater. 2012, 24, 3233.
D. Young, A. Ransil, R. Amin, Z. Li, Y.-M. Chiang, Adv. Energy Mater. 2013, 3, 1125.
A. Vasileiadis, N. J. J. de Klerk, R. B. Smith, S. Ganapathy, P. P. R. M. L. Harks, M. Z. Bazant, M. Wagemaker, Adv. Funct. Mater. 2018, 28, 1705992.
R. Pfenninger, M. Struzik, I. Garbayo, E. Stilp, J. L. M. Rupp, Nat. Energy 2019, 4, 475.
F. Ronci, P. Reale, B. Scrosati, S. Panero, V. R. Albertini, P. Perfetti, M. di Michiel, J. M. Merino, J. Phys. Chem. B 2002, 106, 3082.
D. V. Pelegov, B. N. Slautin, V. S. Gorshkov, P. S. Zelenovskiy, E. A. Kiselev, A. L. Kholkin, V. Y. Shur, J. Power Sources 2017, 346, 143.
T.-F. Yi, S.-Y. Yang, Y. Xie, J. Mater. Chem. A 2015, 3, 5750.
I. a. Leonidov, O. N. Leonidova, L. a. Perelyaeva, R. F. Samigullina, S. a. Kovyazina, M. V. Patrakeev, Phys. Solid State 2003, 45, 2183.
M. G. Verde, L. Baggetto, N. Balke, G. M. Veith, J. K. Seo, Z. Wang, Y. S. Meng, ACS Nano 2016, 10, 4312.
D. G. Kellerman, V. S. Gorshkov, E. V. Shalaeva, B. A. Tsaryev, E. G. Vovkotrub, Solid State Sci. 2012, 14, 72.
E. Sediva, T. Defferriere, N. H. Perry, H. L. Tuller, J. L. M. Rupp, Adv. Mater. 2019, 31, 1902493.
S. Ganapathy, A. Vasileiadis, J. R. Heringa, M. Wagemaker, Adv. Energy Mater. 2017, 7, 1601781.
M. Z. Bazant, Acc. Chem. Res. 2013, 46, 1144.
M. D. Johnson, X. Duan, B. Riley, A. Bhattacharya, W. Luo, Phys. Rev. E 2004, 69, 041501.
W. Hong, K. C. Pitike, Procedia IUTAM 2015, 12, 73.
K. Chaitanya Pitike, W. Hong, J. Appl. Phys. 2014, 115, 044101.
Z. H. Shen, J. J. Wang, J. Y. Jiang, S. X. Huang, Y. H. Lin, C. W. Nan, L. Q. Chen, Y. Shen, Nat. Commun. 2019, 10, 1843.
S. Orizaga, K. Glasner, Phys. Rev. E 2016, 93, 052504.
N. Gavish, I. Versano, A. Yochelis, SIAM J. Appl. Dyn. Syst. 2017, 16, 1946.
Y. Liu, J. Lian, Z. Sun, M. Zhao, Y. Shi, H. Song, Chem. Phys. Lett. 2017, 677, 114.
B. Vikram Babu, K. Vijaya Babu, G. Tewodros Aregai, L. Seeta Devi, B. Madhavi Latha, M. Sushma Reddi, K. Samatha, V. Veeraiah, Results Phys. 2018, 9, 284.
K.F. Herzfeld, Phys. Rev. 1927, 29, 701.
K.-F. Berggren, J. Chem. Phys. 1974, 60, 3399.
M. Z. Bazant, Faraday Discuss. 2017, 199, 423.
D. A. Cogswell, M. Z. Bazant, Nano Lett. 2013, 13, 3036.
N. Nadkarni, E. Rejovitsky, D. Fraggedakis, C. V. Di Leo, R. B. Smith, P. Bai, M. Z. Bazant, Phys. Rev. Mater. 2018, 2, 085406.
J. Lim, Y. Li, D. H. Alsem, H. So, S. C. Lee, P. Bai, D. A. Cogswell, X. Liu, N. Jin, Y. S. Yu, N. J. Salmon, D. A. Shapiro, M. Z. Bazant, T. Tyliszczak, W. C. Chueh, Science 2016, 353, 566.
P. Bai, D. A. Cogswell, M. Z. Bazant, Nano Lett. 2011, 11, 4890.
S. Mesoraca, J. E. Kleibeuker, B. Prasad, J. L. MacManus-Driscoll, M. G. Blamire, J. Cryst. Growth 2016, 454, 134.
B. Ziebarth, M. Klinsmann, T. Eckl, C. Elsässer, Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2014, 89, 174301.
P. Bai, M. Z. Bazant, Nat. Commun. 2014, 5, 3585.
G. K. Singh, G. Ceder, M. Z. Bazant, Electrochim. Acta 2008, 53, 7599.