Materiale 2D functionale si heterostructuri pentru dispozitive spintronice-memristive


Project Director: Dr. Velea Alin

ID-ul Proiectului:

Director de Proiect: Dr. Alin Velea

Tipul proiectului: Internațional

Programul de incadrare al proiectului: M.ERA.NET 2

Finantare: Unitatea Executivă pentru Finanțarea Învățământului Superior, a Cercetării, Dezvoltării și Inovării (UEFISCDI)

Contractor: Institutul National de Cercetare - Dezvoltare pentru Fizica Materialelor RA

Status: In progress

Data de inceput: 1 septembrie 2019

Data finalizarii: 31 august 2022

Rezumatul Proiectului:

Memoriile magnetice (MRAM) si memristorii sunt printre cele mai promitatoare tehnologii pentru memoriile nevolatile emergente. MRAM implementeaza concepte dezvoltate in spintronica, care foloseste spinul - in loc de electroni - pentru a transfera si stoca informatia. In acest proiect vom explora dispozitive hibride de tipul memristor-spintronic construite din heterostructuri pe baza de grafena si dicalcogenuri ale metalelor de tranzitie (TMDs) 2D sau grafena si monocalcogenuri din grupa a patra (IV-MCs) 2D. Vom evalua pentru prima data potentialul materialelor 2D IV-MCs ca memristori si vom implementa heterostructuri bazate pe grafena cu cuplaj spin-orbita imbunatatit folosind atat TMDs cat si IV-MCs. Cu aceste heterostructuri dorim sa controlam proprietatile de spin ale grafenei prin modificarea starii memristive a calcogenilor. Aceste heterostructuri vor fi dezvoltate si caracterizate astfel incat sa fie generate noi sisteme 2D multifunctionale pentru aplicatii in memorii nevolatile ultradense si foarte eficiente energetic, dar si in arhitecturi computationale neuromorfice.

Obiectvele Proiectului:

Obiectivul general al acestui proiect este cultivarea unei schimbari de paradigma prin dezvoltarea unei noi generatii de materiale functionale 2D (2DFM) si heterostructuri care ar putea determina un pas inainte spre noi tehnologii pentru arhitecturi computationale care consuma foarte putina energie, stocheaza informatia rapid si sunt ieftine. Pentru a atinge acest obiectiv, proiectul va initia o noua linie de cercetare care isi are originile in doua arii active de cercetare din fizica materiei condensate, anume spintronica si sistemele memristive.

Echipa proiectului este formată din următorii cercetători:

  1. Dr. Alin Velea - Director de proiect
  2. Dr. Petre Bădică - Cercetător științific grad I
  3. Dr. Mihail Secu - Cercetător științific grad I
  4. Dr. Aurelian-Cătălin Gâlcă - Cercetător științific grad I
  5. Dr. Florinel Sava - Cercetător științific grad II
  6. Dr. Iosif-Daniel Șimăndan - Cercetător științific
  7. Dr. Oana-Claudia Mihai - Asistent de cercetare ştiinţifică
  8. Dr. Angel-Theodor Buruiană - Asistent de cercetare ştiinţifică

Etapa 1: Teste pentru dezvoltarea de materiale 2D funcționale

 

Termen: 31.12.2019

 

Această primă etapă a proiectului a urmărit efectuarea de teste pentru dezvoltarea de materiale 2D funcţionale. Pentru atingerea acestui obiectiv au fost realizate mai multe activități.

Testele realizate pentru determinarea condiţiilor optime pentru obţinerea straturilor subţiri cristaline de SnSe au fost făcute folosind metoda de transport fizic al vaporilor  (PVT - Physical Vapour Transport). Metoda PVT implică trecerea materialului SnSe din starea condensată (pulbere) în stare de vapori (într-o atmosferă inertă chimic: Argon), modularea transportului vaporilor cu ajutorul fluxului de argon într-un tub de cuarţ dispus orizontal și apoi condensarea acestora pe un suport adecvat (dispus în interiorul tubului de cuarţ), ca strat subțire cristalin de SnSe. 

Cei mai importanți parametrii în procesul de depunere a stratului subţire de SnSe prin metoda PVT sunt temperatura la care se afla iniţial pulberea de SnSe şi substratul de siliciu, temperatura la care se face depunerea stratului subţire de SnSe, fluxul de argon în timpul depunerii, timpul de depunere și concentraţia de oxigen rezidual în atmosfera din tubul de cuart în timpul depunerii.

Analiza calității straturilor obținute s-a făcut în contextul influenței parametrilor de depunere asupra filmelor obținute. Temperatura la care se află iniţial pulberea de SnSe şi substratul de siliciu este un parametru important, observându-se diferențe semnificative în morfologia filmelor obținute. Al doilea parametru important este fluxul de argon în timpul depunerii stratului subţire de SnSe. Astfel, se constată că pentru a obţine o depunere uniformă, fluxul trebuie să fie moderat, dacă acesta se măreşte mult atunci clusterii sunt aglomeraţi (împinşi) către marginea substratului de Si. Al treilea parametru important este concentraţia de oxigen rezidual. Prezenţa oxigenului în concentraţie mare duce la oxidarea vaporilor de staniu şi condensarea lor pe suportul ”fierbinte” de siliciu sub forma unor clusteri policristalini de SnO2. Dacă concentraţia de oxigen rezidual scade, atunci numai o parte dintre vaporii de Sn sunt oxidaţi, restul condensând pe substrat în clusteri semisferici policristalini de Sn. Această diferenţă de morfologie se datorează diferenţei în temperatura de topire a Sn (231.93 °C) şi SnO2 (1630 °C). Dacă oxigenul este practic absent, atunci pe suprafaţa substratului vom găsi doar clusteri semisferici policristalini de Sn. Vaporii de seleniu ce se formează în timpul depunerii, sunt o parte evacuaţi, şi o altă parte condensează ca seleniu amorf (temperatura de topire 221 °C). Aceste rezultate au fost obținute folosind măsurători de difracție de radiații X (XRD), microscopie electronică de baleiaj (SEM), microscopie cu forțe atomice (AFM), spectroscopie cu energie dispersivă (EDX) și spectrometrie Raman. 

În concluzie, în urma testelor efectuate au fost obţinute informaţii valoroase care au dus la identificarea celor mai importanţi parametri de depunere şi indicii despre valorile optime pentru prepararea straturilor policristaline de SnSe. În cadrul etapei viitoare, urmează să îmbunătăţim procesul de preparare pentru a avea pe substrat o singură fază policristalină (SnSe). De asemenea, vom extinde procedeul de preparare și la alte monocalcogenuri cu elemente din grupa a IV-a.

Persoana de contact:

Dr. Alin Velea

alin.velea@infim.ro


PROJECTS/ PROIECTE INTERNATIONALE


Back to top

Copyright © 2020 National Institute of Materials Physics. All Rights Reserved