Memristive domain walls in ferroelectric BiFeO3 thin films for brain-inspired electronics
Bismutferriet voor brein-geïnspireerde elektronica
De technologie van vandaag vraagt om steeds meer rekenkracht voor toepassingen zoals het Internet of Things en zelfrijdende auto's. Taken zoals beeldherkenning verbruiken grote hoeveelheden energie op huidige computers, terwijl verdere verkleining van transistors zijn fysieke grenzen nadert. Geïnspireerd door de uitzonderlijke efficiëntie van het menselijk brein bij het verwerken van informatie, streeft neuromorfe computing ernaar om krachtige maar energiezuinige hardware te ontwikkelen. Geavanceerde materialen kunnen hierbij een sleutelrol spelen.
Een veelbelovende klasse van materialen betreft multiferroïsche oxiden. Wanneer deze als dunne films worden gegroeid, vormen zij spontaan nanometerschaal-domeinen die verschillen in de oriëntatie van een specifieke ordeparameter, zoals de elektrische polarisatie in het geval van ferro-elektrische materialen. Deze gebieden worden gescheiden door domeinwanden, die samen complexe en onderling verbonden netwerken vormen. Opmerkelijk genoeg vertonen domeinwanden een hogere geleiding dan het omringende materiaal en kunnen zij in zekere mate worden afgestemd door elektrische signalen aan te leggen – vergelijkbaar met een weerstand met geheugen (een zogenaamde memristor). Hierdoor vormen de domeinwanden geleidende paden binnen het netwerk, die doen denken aan de verbindingen tussen neuronen in het brein.
In zijn proefschrift onderzoekt Jan Rieck domeinwanden in het prominente multiferroïsche materiaal bismutferriet (BiFeO₃) en hun potentieel voor brein-geïnspireerde elektronica. Daartoe karakteriseert hij in detail het laterale elektrische transport langs domeinwanden door het netwerk, met behulp van zowel geavanceerde, gevestigde meetmethoden als nieuwe nanotechnologische technieken die voor het eerst op dit materiaal worden toegepast. De resultaten benadrukken de fascinerende transporteigenschappen van zelf-geassembleerde domeinwandnetwerken en bespreken zowel de mogelijkheden als de uitdagingen bij de realisatie van neuromorfe hardware op basis van deze systemen.
Jan Rieck voerde zijn onderzoek uit bij het Zernike Institute for Advanced Materials, afdeling Nanostructures of Functional Oxides, met financiering van MANIC en het Ubbo Emmius fonds. Hij vervolgt zijn loopbaan als Test Engineer / Material Scientist bij Intrinsic Semiconductor Technologies.