Лаборатория стохастических мультистабильных систем (STOLAB)




МЕГАГРАНТ:

«Комплексное исследование флуктуационных явлений в мультистабильных системах для создания новых поколений электронных устройств и нейроморфных технологий искусственного интеллекта на основе мемристивных материалов»

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ

Бернардо Спаньоло (Bernardo Spagnolo)

Профессор Университета Палермо

О ЛАБОРАТОРИИ

 

Направление научной деятельности

 

Проект направлен на использование новейших методов статистического анализа в исследованиях флуктуационных явлений в мультистабильных мемристивных системах с целью обнаружения и детального изучения конструктивной роли шума, что позволит обеспечить опережающий научный задел для создания новых поколений электронных устройств и нейроморфных технологий искусственного интеллекта на основе мемристивных материалов.

 

Цели исследований

 

1.   Исследование влияния внешних и внутренних шумов на поведение мультистабильных систем. Изучение и анализ явлений с конструктивной ролью шума в мультистабильных системах.

2.   Экспериментальное исследование поведения мемристивных наноструктур на основе оксидных материалов при воздействии внешних и внутренних шумов. Разработка адекватной физической макромодели мемристора с учетом влияния внешних и внутренних шумов и сопоставление ее с микромоделью физико-химических явлений, ответственных за резистивное переключение.

3.   Изучение микроскопической природы возникновения и влияния фликкер- и высокочастотного шума в мемристивных наноструктурах.

4.   Экспериментальная демонстрация принципиально новых возможностей для повышения стабильности, предсказания поведения и управления параметрами мемристивных устройств в прототипах электронных устройств и нейроморфных систем нового поколения.

 

Планируемые результаты

 

1.   Обнаружение, теоретическая оценка и экспериментальное подтверждение свойств явления стохастического резонанса, эффекта увеличения шумом стабильности, резонансной активации, индуцированных шумом переходов, переходной бимодальности и подавления шума переключающим сигналом в мультистабильных системах на основе мемристивных наноматериалов. Идентификация конструктивной роли шума в динамике переключений. Стратегия оптимального детектирования отклика системы на внешнее воздействие при управлении уровнем внешнего шума в системе.

2.   Выявление общих статистических закономерностей и свойств поведения различных мемристивных наноструктур «металл-диэлектрик-металл» на основе оксидных пленок (в том числе SiOx, ZrO2(Y), HfO2(Y)) под воздействием шумов на основе современных методов статистического анализа. Экспериментальная верификация теоретической макромодели мемристора с учетом влияния внешних и внутренних шумов.

3.   Выявление микроскопической природы возникновения фликкер- и высокочастотных шумов в тонких плёнках SiOx, ZrO2(Y), HfO2(Y) на проводящих подложках, в том числе в нано-масштабных областях, методом атомно-силовой микроскопии (АСМ) с проводящим АСМ зондом. Выявление связи шумовых характеристик мемристивных устройств с особенностями микроскопических процессов, обуславливающих эффект резистивного переключения (миграция ионов / вакансий, шнурование и т.п.).

4.   Демонстрационные образцы электронных устройств (элементов памяти и логических устройств) и нейросетевых архитектур на основе мемристивных наноструктур.