Percolating nanoparticle networks
Percolerende nanodeeltjesnetwerken als bouwstenen voor energiezuinige computers
In het licht van de mondiale energiecrisis is het een dringende noodzaak om duurzame computeralternatieven te ontwikkelen. Geïnspireerd door de efficiëntie van het menselijk brein, geldt neuromorfisch rekenen als een veelbelovend paradigma. Binnen deze context werkte Julien van der Ree in zijn proefschrift aan percolerende nanodeeltjesnetwerken als mogelijke bouwstenen voor energiezuinige, adaptieve berekeningen.
Allereerst ontwikkelde Van der Ree nauwkeurige meetopstellingen, waarmee netwerken exact op de percolatiedrempel konden worden gecreëerd en betrouwbaar in-operando elektrisch konden worden geanalyseerd. Met deze methode vervaardigde hij molybdeen-nanodeeltjesnetwerken die ongekend laagspannings resistief schakelen in het millivolt-bereik. Dat is meer dan duizend keer beter dan eerdere rapportages. Structurele analyse toonde stervormige, ‘stekelige’ nanodeeltjes, waarvan de scherpe uitsteeksels lokale velden concentreren en stabiel schakelen mogelijk maken. Daarmee wordt molybdeen naar voren geschoven als kansrijk materiaal.
Vervolgonderzoek met scanning elektronenmicroscopie onthulde intensiteitscontrasten die niet voortkwamen uit morfologie of samenstelling, maar uit elektrisch gedreven veranderingen in connectiviteit. In-situ correlative metingen bevestigden dat deze fluctuaties samenvielen met resistieve schakelgebeurtenissen, wat nieuw inzicht bood in de netwerkdynamiek.
Daarnaast onderzocht Van der Ree kopernetwerken ter vergelijking met gevestigde materialen zoals tin, zilver en goud. Koper vereiste echter oxidestabilisatie en bleek weinig stabiel: onder spanning trad onomkeerbare versmelting en herconfiguratie op. Deze bevindingen verduidelijkten de materiaaleisen voor functionele netwerken en onderstreepten stabiliteit als centrale uitdaging.
Tot slot stelt Van der Ree nieuwe richtingen voor, waaronder halfgeleidende, magnetische en faseveranderende nanodeeltjes voor multifunctionele neuromorfe architecturen. Gezamenlijk vestigen de resultaten molybdeennetwerken en nieuwe karakterisatietechnieken als belangrijke stappen richting energiezuinig neuromorfisch rekenen.
Julien van der Ree voerde zijn onderzoek uit bij het Zernike Institute for Advanced Materials, afdeling Nanostructured Materials and Interfaces, met financiering van ZIAM en CogniGron. Hij vervolgt zijn loopbaan als Versneller Fysicus bij High Voltage Engineering