Мы используем cookie файлы.
Пользуясь сайтом, вы соглашаетесь с нашей Политикой конфиденциальности.

Приглашенный ученый Спаньоло Бернардо Италия
Номер договора
075-15-2019-871 (2)
Период реализации проекта
2018-2022

По данным на 15.02.2021

50
Количество специалистов
25
научных публикаций
7
Объектов интеллектуальной собственности
Общая информация

Одним из наиболее перспективных направлений исследований по созданию новых видов памяти, которым занимаются ученые лаборатории, является разработка резистивной памяти с произвольным доступом (RRAM) на основе мемристивных материалов. Основные достоинства этих материалов - высокое быстродействие, низкое энергопотребление элемента памяти, изготовленного на его основе, рекордно малые размеры, высокая надежность и скорость перезаписи при низковольтном питании и возможности использования низкоэнергозатратных процедур перезаписи/удаления, простота изготовления и создания сверхплотной упаковки - представляют чрезвычайный интерес для широчайшего применения RRAM в устройствах для бурно развивающихся технологий интернета вещей.

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

Приоритет СНТР: а

Цели и задачи

Направление исследований: 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

Цель проекта:

  • Исследование влияния внешних и внутренних шумов на поведение мультистабильных систем, изучение и анализ явлений с конструктивной ролью шума в мультистабильных системах
  • 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
  • Изучение микроскопической природы возникновения и влияния фликкер-шума и высокочастотного шума в мемристивных наноструктурах, экспериментальная демонстрация принципиально новых возможностей для повышения стабильности, предсказания поведения и управления параметрами мемристивных устройств в прототипах электронных устройств и нейроморфных систем нового поколения
Практическое значение исследования
Научные результаты:

В ходе основной фазы проекта пройден путь от решения фундаментальных проблем материаловедения, физики сложных нелинейных стохастических систем до мемристивных устройств в интегральном исполнении, новых физико-математических моделей, учитывающих влияние флуктуаций, и аналого-цифровых схем на основе мемристоров. Обобщены результаты теоретического и экспериментального исследования флуктуационных явлений в мультистабильных системах на основе мемристивных материалов. Экспериментально продемонстрированы принципиально новые возможности для повышения стабильности, предсказания поведения и управления параметрами мемристивных устройств в прототипах электронных устройств и нейроморфных систем нового поколения. Разработаны технологические рекомендации по созданию элементов резистивной памяти и устройств на их основе, демонстрирующих стабильность поведения и возможность управления параметрами. Проведено исследование роли стохастических факторов и шумов в обучаемости импульсных нейросетевых архитектур на основе синаптических мемристивных структур.

На основе проведенного исследования флуктуационных явлений в мемристивных системах была создана стохастическая макромодель мемристора, которая становится эффективным инструментом при разработке новой элементной базы и средств автоматизированного проектирования для целого ряда продуктов на основе мемристоров. Как ожидалось и как показали проведенные исследования, флуктуации могут играть конструктивную роль в мемристивных системах.

Образование и переподготовка кадров:

Начиная с 2018 г. проводится регулярный научно-образовательный семинар лаборатории стохастических мультистабильных систем (StoLab). Регулярный семинар организован по приказу ректора ННГУ для студентов, аспирантов и молодых учёных. Основной задачей семинара является представление результатов научно-исследовательской деятельности Лаборатории стохастических мультистабильных систем в области комплексных исследований флуктуационных явлений в мультистабильных системах для создания новых поколений электронных устройств и нейроморфных технологий искусственного интеллекта на основе мемристивных материалов, а также в смежных областях.

Сотрудниками лаборатории было организовано 2 международных научных семинара в России и Греции, 2 международные конференции в Италии, 1 международный симпозиум в России и 3 российские научные конференции.

В 2019 году профессор Б. Спаньоло прочитал курс лекций об актуальных задачах современной статистической физики для студентов и сотрудников ННГУ.

Сотрудники лаборатории осуществляют научное руководство исследованиями студентов и аспирантов ННГУ. По результатам исследований, проводимых лабораторией:

  • подготовлены и защищены многочисленные выпускные квалификационные работы студентов ННГУ

  • подготовлена диссертация на соискание степени к.ф.-м.н. исполнителя проекта Коряжкиной М. на тему «Резистивное переключение в мемристорах на основе стабилизированного диоксида циркония», успешно защищенная в ННГУ 26 декабря 2018 г.

  • подготовлена диссертация на соискание степени Ph.D. исполнителя проекта Харчевой А. на тему «Anomalous diffusion and nonlinear relaxation phenomena in stochastic models of interdisciplinary physics», успешно защищенная в Университете Палермо 20 марта 2020 г.

  • подготовлена диссертация на соискание степени Ph.D. исполнителя проекта Коряжкиной М. на тему «Resistive switching in memristors based on yttria-stabilized zirconia», успешно защищенная в Университете Палермо 12 марта 2021 г.

  • подготовлена диссертация на соискание степени к.ф.-м.н. исполнителя проекта Герасимовой С. на тему «Генерация и синхронизация сигналов в нейроморфных радиофизических системах», успешно защищенная в ННГУ 24 марта 2021 г.

  • подготовлена диссертация на соискание степени к.ф.-м.н. исполнителя проекта Харчевой А. на тему «Статистический анализ броуновской и аномальной диффузии в приложении к задачам физики, экологии и биологии», защита которой запланирована в ННГУ в 2021 г.

  • подготовлена диссертация на соискание степени к.ф.-м.н. исполнителя проекта Каролло А., защита которой запланирована в ННГУ в 2021 г.

  • подготовлена диссертация на соискание учёной степени д.ф.-м.н. исполнителя проекта Клюева А.В. на тему «Флуктуационные эффекты в полупроводниковых структурах с потенциальными барьерами и физических системах с правилами льда», защита которой запланирована в ННГУ в 2021 г.

В 2018-2020 гг. 29 сотрудников лаборатории повысили квалификацию.

Организационные и инфраструктурные преобразования:

Лаборатория стохастических мультистабильных систем (StoLab, http://www.stolab.unn.ru/) функционирует в ННГУ в составе НОЦ «Физика твердотельных наноструктур». Лаборатория является междисциплинарной и состоит из 5 секторов: сектор современных методов стохастического анализа, сектор технологии мемристивных материалов, сектор микроскопических зондовых исследований, сектор физики шумов, сектор нейроморфных технологий. В рамках междисциплинарной лаборатории объединены усилия ведущих научно-педагогических и инженерно-технических работников ННГУ (радиофизического факультета, НОЦ «Физика твердотельных наноструктур», физического факультета, НИФТИ, Нижегородского нейронаучного центра) и представителей Курчатовского комплекса НБИКС-технологий (НИЦ «Курчатовский институт»). Научный коллектив состоит из 50 человек, в том числе 5 докторов наук, 18 кандидатов наук, 8 студентов ННГУ и 6 аспирантов ННГУ.

Другие результаты:

Проведено 4 международных научных мероприятия по теме «Стохастические мультистабильные системы» и научный семинар «Нейроморфные и нейрогибридные системы» в рамках симпозиума «Volga Neuroscience Meeting – 2018» по тематике работы лаборатории.

Сотрудничество:

На базе ННГУ активное ведется сотрудничество с сотрудниками ряда подразделений НИИ нейронаук и Института биологии и биомедицины, направленное на разработку и создание новых поколений нейроморфных и нейрогибридных систем на основе разрабатываемых мемристивных схем и живых сетей (культур и тканей) мозга для решения актуальных задач робототехники, искусственного интеллекта и медицины. Для разработки оригинальных научно-технологических решений по фотолитографии тонкопленочных структур в составе мемристивных устройств лаборатория сотрудничает со специалистами кафедры физической химии химического факультета ННГУ.

В коллективе лаборатории работают 2 привлеченных иностранных ученых из университета Палермо, Италия (Б. Спаньоло и А. Каролло).

Проводились совместные исследования с привлечением в рамках дистанционного трудового договора доцента Чхунбукского национального университета Южной Кореи Сунджун Ким, направленные на разработку и исследование новых металл-оксидных мемристивных устройств для нейроморфных вычислительных систем; опубликована совместная статья.

Проводятся совместные исследования с привлечением в рамках дистанционного трудового договора заведующего лабораторией Вычислительной биологии Центра биомедицинских технологий Мадридского политехнического университета Испании Александра Николаевича Писарчика, направленные на разработку нейрогибридного интерфейса на основе самоорганизации мультистабильных мемристивных и живых нейрональных систем; опубликована совместная статья.

Партнеры StoLab:

  • Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт», Москва, Россия

  • University of Leicester, Great Britain

  • Loughborough University, Great Britain

  • Polytechnic University of Madrid, Centre for Biomedical Technology, Madrid, Spain

  • University of Granada, Department of Electronics and Computer Technology, Granada, Spain

  • National Center for Scientific Research Demokritos, Institute of Nanoscience and Nanotechnology, Athens, Greece

  • University of South Carolina, Columbia, Department of Physics and Astronomy, United States

  • Tsinghua University, Institute of Microelectronics, Beijing, China

  • Dongguk University, Division of Electronics and Electrical Engineering, Seoul, Republic of Korea

  • Indian Institute of Technology (IIT) Ropar, Department of Electrical Engineering, Guwahati, India

  • ООО «Инжиниринговый центр Университета Лобачевского»

  • Филиал ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ» «Научно-исследовательский институт измерительных систем им. Ю.Е. Седакова», Нижний Новгород, Россия

  • Акционерное общество «Научно-исследовательский институт молекулярной электроники», Зеленоград, Москва, Россия

  • Huawei Technologies

По результатам сотрудничества в соавторстве с представителями указанных партнерских организаций подготовлены / опубликованы статьи в журналах Q1 и главы в коллективных монографиях.

Скрыть Показать полностью
D.V. GUSEINOV, I.V. MATYUSHKIN, N.V. CHERNYAEV, A.N. MIKHAYLOV, Y.V. PERSHIN
Capacitance effects can make memristor chaotic. Chaos, Solitons & Fractals (2021)
S.A. GERASIMOVA, A.V. LEBEDEVA, A. FEDULINA, M. KORYAZHKINA, A.I. BELOV, M.A. MISHCHENKO, M. MATVEEVA, D. GUSEINOV, A.N. MIKHAYLOV, V.B. KAZANTSEV, A.N. PISARCHIK
A neurohybrid memristive system for adaptive stimulation of hippocampus. Chaos, Solitons & Fractals (2021)
A.V. YAKIMOV, D.O. FILATOV, O.N. GORSHKOV, A.V. KLYUEV, N.I. SHTRAUB, V.S. KOCHERGIN, B. SPAGNOLO
Influence of oxygen ion elementary diffusion jumps on the electron current through the conductive filament in yttria stabilized zirconia nanometer sized memristor. Special issue of Chaos, Solitons & Fractals (2021).
N.V. AGUDOV, A.V. SAFONOV, A.V. KRICHIGIN, A.A. KHARCHEVA, A.A. DUBKOV, D. VALENTI, D.V. GUSEINOV, A.I. BELOV, A.N. MIKHAYLOV, A. CAROLLO, B. SPAGNOLO
Nonstationary distributions and relaxation times in a stochastic model of memristor. Journal of Statistical Mechanics: Theory and Experiment (2020)
D.O. FILATOV, A.S. NOVIKOV, V.N. BARANOVA, D.A. ANTONOV, A.V. KRUGLOV, I.N. ANTONOV, A.V. ZDOROVEYSHCHEV, M.N. KORYAZHKINA, O.N. GORSHKOV, A.A. DUBKOV, A. CAROLLO, B. SPAGNOLO
Experimental investigations of local stochastic resistive switching in yttria stabilized zirconia film on a conductive substrate. Journal of Statistical Mechanics: Theory and Experiment (2020)
A. V. YAKIMOV, D. O. FILATOV, O. N. GORSHKOV, D. A. ANTONOV, D. A. LISKIN, I. N. ANTONOV, A. V. BELYAKOV, A. V. KLYUEV, A. CAROLLO, B. SPAGNOLO
Measurement of the activation energies of oxygen ion diffusion in yttria stabilized zirconia by flicker noise spectroscopy. Applied Physics Letters (2019).
D.O. FILATOV, D.V. VRZHESHCH, O.V. TABAKOV, A.S. NOVIKOV, A.I. BELOV, I.N. ANTONOV, V.V. SHARKOV, M.N. KORYAZHKINA, A.N. MIKHAYLOV, O.N. GORSHKOV, A.A. DUBKOV, A. CAROLLO, B. SPAGNOLO
Noise-induced resistive switching in a memristor based on ZrO2(Y)/Ta2O5 stack. Journal of Statistical Mechanics: Theory and Experiment (2019)
Фотоальбомы
Вторник , 03.12.2019
Другие лаборатории и ученые
Лаборатория, принимающая организация
Область наук
Город
Приглашенный ученый
Период реализации проекта
Лаборатория передовой нанофотоники и квантовых материалов

Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)

Электротехника, электронная техника, информационные технологии

Москва

Мартин-Морено Луис

Испания

2021-2023

Лаборатория спин-орбитроники

Дальневосточный федеральный университет

Электротехника, электронная техника, информационные технологии

Владивосток

Оно Теруо

Япония

2021-2023

Сверхбыстрая динамика ферроиков

Московский технологический университет

Электротехника, электронная техника, информационные технологии

Москва

Кимель Алексей Вольдемарович

Нидерланды

2014-2018