Lokal Aktive Memristive Daten Prozessierung (LAMP)

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Thomas Mikolajick; Professor Dr. Ronald Tetzlaff
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 273537230

Komplexes und dynamisches Verhalten können nur in lokal-aktiven Systemen auftreten. Lokala Aktivität ist das Vermögen eines nichtlinearen dynamischen Systems, infinitesimale Fluktuationen der Energie zu verstärken. Diese Eigenschaft wurde ursprünglich in der Schaltungstheorie definiert, lässt sich aber auf verschiedenste Systeme anwenden. Transistoren sind ein Beispiel lokal-aktiver Systeme aus dem Gebiet der Mikroelektronik. Ihre Erfindung im Jahr 1947 hat die Informationstechnologie revolutioniert und letztendlich zum Einzug elektronischer Systeme als wichtigen Teil in unserem täglichen Leben geführt. In jüngster Zeit wurde nachgewiesen, dass bestimmte Typen von nanoskaliken Memristoren unter geeigneten Bedingungen als lokal-aktive Bauelemente betrieben werden können. Der lokal-aktive Memristor hat auf Grund seiner einfachen Struktur und kleinen Dimensionen das Potential, zur nächsten Revolution in der Welt der Elektronik zu führen und damit die Funktionalität elektronischer Systeme zu erweitern oder deren Performance zu verbessern. Das tiefe Verständnis der besonderen nichtlinearen Dynamik der lokal-aktiven Memristoren ist die Grundlage für das Design neuartiger elektronsicher Schaltungen, die auf diesem Prinzip der lokalen Aktivität beruhen. Das erste Ziel unserer Arbeiten ist eine exakte experimentelle und mathematische Charakterisierung der komplexen Dynamik unserer lokal-aktiven Nioboxid-basierten Bauelemente. Basierend auf den Ergebnissen und auf den Konzepten der nichtlinearen Systemtheorie sollen anschliessend mathematische Beschreibungen der physikalischen Struktur für analytische Untersuchungen und zeiteffiziente Simulationen abgeleitet werden. Dabei soll insbesondere die stochastische Variabilität des elektrischen Verhaltens in die Modellierung und Analyse der nichtlinearen Dynamik unserer Nanostrukturen einbezogen werden. Ziel unserer Experimente ist es weiterhin, diese Variabilität durch Optimierung der Beuelementestruktur und Materialauswahl auf ein für die Anwendung in komplexeren Schaltungen notwendiges Mass zu verringern. Die Ergebnisse der theoretischen Analysen und experimentellen Untersuchungen sollen letztendlich das Design und die Herstellung zweier beispielhaft gewählter Schaltungen für Anwendungen aus den Bereichen der Mustererkennung und der digitalen Logik ermöglichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen