Autor: MemrisTec

Wir freuen uns sehr, bekannt geben zu dürfen, dass Daniel Schön mit einem „MemrisTec Young Researcher Award“ für die beste Veröffentlichung ausgezeichnet wurde, der vom Schwerpunktprogramm MemrisTec (SPP 2262) der DFG – „Memristive Devices Toward Smart Technical Systems“ – verliehen wird. Die Auszeichnung würdigt seinen herausragenden Beitrag auf dem Gebiet der memristiven Bauelemente und unterstreicht seine Rolle als eines der aufstrebenden Talente des Programms.

Die anerkannte Veröffentlichung mit dem Titel „Spatio-Temporal Correlations in Memristive Crossbar Arrays due to Thermal Effects“ wurde von Daniel Schön und Stephan Menzel vom Peter-Grünberg-Institut (PGI-7) des Forschungszentrums Jülich in der Fachzeitschrift „Advanced Functional Materials“ veröffentlicht.

Die Arbeit untersucht, wie thermische Effekte das Schaltverhalten von VCM-Zellen (Valence Change Memory) in hochintegrierten Crossbar-Arrays beeinflussen. Mithilfe eines Finite-Elemente-Modells, das mit einem verifizierten kompakten Modell einer VCM-Zelle gekoppelt ist, zeigen die Autoren, dass räumlich-zeitliche thermische Korrelationen auftreten und den Widerstandszustand benachbarter Zellen erheblich beeinflussen können.

Zu den wichtigsten Ergebnissen der Veröffentlichung gehören:

• Thermisches Übersprechen: Die in einer aktiven memristiven Zelle erzeugte Wärme breitet sich entlang der Elektroden aus und kann den Widerstandszustand benachbarter Bauelemente beeinflussen – ein Effekt, der insbesondere bei Bauelementabständen von nur wenigen hundert Nanometern von Bedeutung ist.
• Wärmespeichereffekt: Aufgrund der Wärmekapazität einer VCM-Zelle kann das Bauelement nach einem Impuls thermisch aktiv bleiben und dadurch die Temperaturbedingungen nachfolgender Impulse beeinflussen. Dadurch kann die Temperatur neben der Leitfähigkeit als zweite Zustandsgröße wirken.
• Raum-zeitliche Korrelationen: Wenn sich die Impulsabstände der thermischen Zeitkonstante des Bauelements (einige Nanosekunden) annähern, kommen thermisches Crosstalk und Akkumulation zusammen – was neue Möglichkeiten für das neuromorphe Rechnen eröffnet, darunter die Emulation von Kurzzeitplastizität und der Paarpuls-Fazilitation.

Die Autoren kommen zu dem Schluss: „Raum-zeitliche thermische Korrelationen lassen sich bereits bei Geräteabständen von nur wenigen hundert Nanometern und bei Impulsfolgen mit Pausen in der Größenordnung der thermischen Zeitkonstante des memristiven Bauelements beobachten. Auf der Grundlage dieses Effekts lassen sich potenziell neuartige Lernregeln für zukünftige Anwendungen im Bereich des neuromorphen Rechnens ableiten.“

Die Veröffentlichung war ein wichtiger Startpunkt für das MemrisTec-Projekt „MemCouple“ der Autoren, das sich auf verschiedenen Ebenen mit diesem Thema befasst: von der Geräteherstellung über Simulationsmodelle bis hin zur Anwendung neuromorpher Rechenkonzepte. Darüber hinaus führte eine weitere Zusammenarbeit mit Faisal Munir und Stefan Wiefels zu einer Veröffentlichung, in der gezeigt wird, wie Temperatur als zweite Zustandsvariable genutzt werden kann und wie ultrakurze Impulsfolgen eingesetzt werden können, um kurzfristige Plastizität in RRAM-Bauelementen zu emulieren. Dieses Funktionsverhalten lässt sich möglicherweise eines Tages nutzen, um neuartige, dem Gehirn nachempfundene Computerarchitekturen zu entwickeln, die im Sub-Nanosekundenbereich arbeiten.

Diese Auszeichnung ist eine wunderbare Würdigung von Daniel Schöns Engagement, seiner wissenschaftlichen Genauigkeit und seiner Kreativität – und ein hervorragendes Beispiel dafür, wie das MemrisTec-Prioritätsprogramm sowohl das grundlegende Verständnis als auch anwendungsorientierte Innovationen im Bereich der memristiven Technologien vorantreibt. Herzlichen Glückwunsch zu diesem wohlverdienten Meilenstein, Daniel Schön, und alles Gute für die Zukunft! 🎉