Complex oxides for computing beyond von Neumann

Weerstandveranderingen finetunen voor minder stroomverbruik en betere technologische prestaties

Het verkleinen van transistors kan de groeiende vraag naar betere technologie niet volhouden. Om het stroomverbruik te verminderen en tegelijkertijd de technologische prestaties te verhogen, kunnen we ons laten inspireren door de hersenen - een natuurlijk energiezuinig systeem en ons richten op het integreren van intelligentere componenten op chips. De efficiëntie van de hersenen komt grotendeels voort uit het feit dat er geen scheiding is tussen het geheugen en de verwerkingseenheden. Dit kunnen we nabootsen met behulp van slimme materialen en apparaten die de functionaliteiten van neuronen en synapsen uitvoeren. Toonaangevende kandidaten hiervoor zijn apparaten die kunnen schakelen tussen meerdere weerstanden door middel van een externe stimulus. In haar proefschrift richt Anouk Goossens zich op het bouwen van dergelijke apparaten met behulp van complexe oxiden - een materiaalklasse die zeer goed af te stemmen is vanwege een sterke koppeling tussen verschillende vrijheidsgraden.

Goossens onderzoekt weerstandsschakeling in grensvlakmemristors op basis van metalen contacten op de onconventionele halfgeleider Nb-gedoteerde SrTiO3. Deze apparaten kunnen vanaf beide zijden van de interface worden afgesteld. Door het oppervlak van de metalen elektrode te verkleinen, wordt de weerstandsverhouding tussen hoog en laag verbeterd, een onconventioneel maar wenselijk effect – meestal heeft verkleining een negatief effect op apparaat prestatie, maar Goossens zag het tegenovergestelde. Door de doteringconcentratie te variëren, kon ze een reeks parameters beïnvloeden, waaronder de stochasticiteit, het geheugenvenster en de schakelsnelheid.

Goossens richtte zich ook op spintronische apparaten die gebruik maken van ferromagnetische SrRuO3-lagen. Goossens: 'We laten zien dat het mogelijk is om de magnetische anisotropie te beheersen en de magnetisatie te beïnvloeden met behulp van stroom - twee belangrijke parameters voor de schaalbaarheid van apparaten. Door deze lagen te integreren in magnetische tunnelovergangen demonstreren we relatief grote weerstandsveranderingen en meerdere niet-vluchtige weerstandstoestanden.'

Anouk Goossens voerde haar onderzoek uit aan het Zernike Institute for Advanced Materials, met financiering van het Groningen Cognitive Systems and Materials Center (CogniGron). Ze vervolgt haar loopbaan als postdoc bij Unité Mixte de Physique CNRS/Thales

Proefschrift: https://hdl.handle.net/11370/ac34e663-5a09-427f-9c1c-9128f2e11ea8