学習経験挙動を有するメモリスタモデルの解析

短期記憶（STM）から長期記憶（LTM）への移行挙動は、異なる材料で作製されたメモリスタの実験的研究において観察され、報告されている。本論文におけるこの種のメモリスタはSTM→LTMメモリスタと命名されている。これらの一部の実験的研究では、「学習-忘却-再学習」実験で観察される学習経験挙動も報告されている。STMを忘却した後にメモリスタがパルスによって再刺激されると、その記憶は忘却期間前に到達していた最高状態へ速やかに戻り、再学習期間中の記憶回復は初回の学習過程における記憶形成よりも明らかに速い。本論文では、「学習-忘却-再学習」実験における既存のSTM→LTMメモリスタモデルの挙動についてさらに議論する。記憶レベルの上限であるwmaxが値1の定数である場合、STM→LTMメモリスタモデルは学習経験挙動を示さず、このモデルは「学習-忘却-再学習」実験においてより速い再学習挙動を示す。再学習過程がより速いのは、再学習過程におけるパルス間隔中の記憶忘却が初回の学習過程における忘却よりも遅いためである。学習経験挙動を伴うSTM→LTMメモリスタモデルでは、wmaxは0,1における状態変数として再設計され、その値は印加電圧の影響を受ける。パルス印加時にwmaxが記憶形成速度を制限するため、初回の学習過程における記憶形成は比較的遅い。忘却過程の後では、パルス誘起記憶形成に対するwmaxの制限が顕著ではなくなるため、再学習過程の記憶回復中においてデバイスの記憶はより速い速度で増加する。この場合でも、各パルスが印加された後の忘却速度は依然として遅くなる。パルス誘起によるwmaxの増加が非常に速く、初回の学習過程で数回のパルスが印加された後にwmaxが急速にその上限まで増加する場合、学習経験挙動はwmax = 1の場合のより速い再学習挙動と類似する。STM→LTMメモリスタに関するほとんどの実験的研究論文において、メムリスタンスの変化はメモリスタの2つの電極間における導電性チャネルの形成と消滅によって説明できる。一定期間内に導電性チャネルの形成に使用できるイオン（または空孔）は導電性チャネルの周囲にあるものに限られるため、この期間内における導電性チャネルのサイズには上限が存在することを示唆している。導電性チャネルの形成に使用できるイオン（または空孔）が存在する領域は、導電性チャネルの周辺領域と呼ばれる。このモデルにおいてwmaxは導電性チャネルの周辺領域のサイズとして理解でき、導電性チャネルの幅の上限を記述している。