[论文解读] Memristive Properties of Mushrooms.

Alexander E. Beasley, Anna L. Powell+1 more|arXiv (Cornell University)|Feb 15, 2020

Advanced Memory and Neural Computing被引用 2

一句话总结

本研究证明，灰树菇（Pleurotus ostreatus）的子实体表现出忆阻行为，其电流-电压（I-V）特性依赖于先前的电压历史。研究人员通过展示电压循环下电阻的调制，证实了蘑菇具有忆阻器特性，揭示了自然界可能为混合电子系统提供生物衍生的忆阻材料。

ABSTRACT

Memristors close the loop for I-V characteristics of the traditional, passive, semi-conductor devices. Originally proposed in 1971, the hunt for the memristor has been going ever since. The key feature of a memristor is that its current resitance is a function of its previous resistance. As such, the behaviour of the device is influenced by changing the way in which potential is applied across it. Ultimately, information can be encoded on memristors. Biological substrates have already been shown to exhibit some memristive properties. However, many memristive devices are yet to be found. Here we show that the fruit bodies of grey oyster fungi Pleurotus ostreatus exhibit memristive behaviours. This paper presents the I-V characteristics of the mushrooms. By examination of the conducted current for a given voltage applied as a function of the previous voltage, it is shown that the mushroom is a memristor. Our results demonstrate that nature continues to provide specimens that hold these unique and valuable electrical characteristics and which have the potential to advance the field of hybrid electronic systems.

研究动机与目标

• 研究天然存在的生物材料，特别是蘑菇子实体，是否表现出忆阻行为。
• 确定蘑菇的电学特性是否可用忆阻器理论描述，即电阻取决于以往的电流流动。
• 探索生物基质作为忆阻器件在混合电子技术中可行且可持续的组件的潜力。
• 为非合成生物系统中的忆阻I-V磁滞现象提供实证证据。

提出的方法

• 在不同电压扫描条件下测量灰树菇（Pleurotus ostreatus）子实体的电流-电压（I-V）特性。
• 施加连续的电压脉冲，以观察电流响应如何随先前电压历史而变化。
• 分析I-V曲线中的磁滞行为，这是忆阻系统的关键特征。
• 将实验测得的I-V数据与理论忆阻器行为进行比较，以确认电阻对过去电压的依赖性。
• 采用电压循环协议，评估生物基质中的记忆效应和电阻调制。
• 评估器件通过电压历史诱导的电阻态变化保留信息的能力。

实验结果

研究问题

• RQ1 在施加电压条件下，灰树菇（Pleurotus ostreatus）的子实体是否表现出忆阻行为？
• RQ2 蘑菇的电流响应是否依赖于施加电压的历史，这是忆阻特性的必要条件吗？
• RQ3 蘑菇的I-V特性是否可建模为忆阻器，其电阻是否随以往电流流动而改变？
• RQ4 天然生物材料如蘑菇在混合电子系统中作为组件的潜力如何？
• RQ5 蘑菇的电学特性与合成忆阻器件相比有何异同？

主要发现

• 灰树菇（Pleurotus ostreatus）的子实体表现出明显的I-V磁滞现象，这是忆阻行为的标志性特征。
• 电流响应依赖于施加电压的历史，证实电阻是过去电压暴露的函数。
• 观测到的I-V曲线表现出电压依赖的电阻调制，与忆阻器理论一致。
• 蘑菇的电学响应显示出记忆效应，其电阻状态在移除电压后仍能持续存在。
• 结果证实，包括真菌在内的生物基质可在无需合成掺杂或制造工艺的情况下自然表现出忆阻特性。
• 该发现表明，自然界可提供具备内在忆阻功能的可行生物衍生材料，适用于未来电子应用。