Sinapse artificiale bazate pe jonctiuni tunel feroelectrice, pentru calcul neuromorfic si analog (Artificial synapses based on ferroelectric tunnel junctions for neuromorphic and analogue computing-ARSYF)

 Research team structure/ (nominated team members/ the team structure in case the team structure is not nominated):

Proiecte europene depuse dar nefinantate:

Proiect Teaming: „Centre of Excellence on Advanced Materials for Energy Efficient ELectronic Systems” (call HORIZON-WIDERA-2025-ACCESS-01-01-two-stage; 7.5 puncte din 10, nu a fost selectat pentru finantare)

Proiecte Europene depuse in 2026:

„Reusable and Sustainable Smart Textiles for Flexible, Stretchable Electronics and Biosensing Applications”

call HORIZON-CL4-2026-05-MAT-PROD-25

Proposal ID 101343203

„Anti-ferroelectric-based unified information and energy storage at the Edge”

Call HORIZON-EIC-2026-PATHFINDEROPEN

Proposal ID 101352252

Echipa INCDFM a inceput depunerile de straturi subtiri de HfO2 dopat cu Ca, sub indrumarea Directorului de proiect. Depunerile au fost realizate cu echipamentele existente in institutia gazda. Mai jos sunt prezentate rezultatele primelor masuratori de histerezis, care atesta prezenta feroelectricitatii in straturile depuse.

Caracterizari structurale

Conductive AFM technique (C-AFM) applied to HZO layers with top W electrodes.

Corelare structura proprietati in structuri HZO-LSMO cu grosimi diferite ale stratului de HZO

Analiza cantitativă a hărții de fază produce o fracție de fază monoclinică-ortorombică de aproximativ 42,2 ± 0,24%: 57,8 ± 0,24% pentru pelicula de HZO de 10 nm (Fig. 9(d)). Acest rezultat este în acord excelent cu coexistența locală a fazelor identificată independent prin HRTEM și GPA și confirmă că, în ciuda amorfizării parțiale a electrodului LSMO indusă de măcinarea ionică, condiția limită epitaxială impusă de regiunile cristaline LSMO promovează o preferință netă pentru faza ortorombică feroelectrică.

Analiza cantitativă a hărții de fază produce o fracție de fază monoclinică-ortorombică de 31 ± 0,24%: 69 ± 0,24% pentru pelicula de 5 nm. Aceasta reprezintă o deplasare substanțială către faza ortorombică feroelectrică față de proba de 10 nm (42,2%: 57,8%) și este în acord excelent cu analizele HRTEM și GPA, care au arătat independent că spațierile interplanare ale peliculei de 5 nm rămân limitate la ±2-3% din spațierea ortorombică teoretică {111}, fără dovezi ale excursiilor mari de deformare caracteristice transformării monoclinice. Luate împreună, aceste rezultate confirmă faptul că reducerea grosimii peliculei de HZO de la 10 nm la 5 nm, pe un electrod epitaxial LSMO, produce o creștere măsurabilă și statistic robustă a fracției de fază ortorombică de aproximativ 10,2 puncte procentuale, o consecință directă a confinării sporite determinate de energia de suprafață și a cuplării epitaxiale mai strânse cu șablonul LSMO la o grosime redusă a peliculei.

Buclele remanente din Fig. 10(c,d) evidențiază vârfuri de comutare clare asociate cu inversarea polarizării. Vârfurile sunt mai largi în pelicula de 5 nm, dar valoarea 2Pr extrasă este mai mare, de 37 µC/cm² pentru pelicula de 5 nm, comparativ cu aproximativ 25 µC/cm² pentru pelicula de 10 nm. Acest lucru este în concordanță cu analiza structurală care indică o fracțiune mai mare a fazei feroelectrice ortorombice în pelicula mai subțire.

Comportament sinaptic in structuri FTJ pe baza de HZO si cu dimensiuni micronice de electrod

Cosmin Marian Istrate si-a finalizat teza de doctorat in noiembrie 2024:

Lucrari publicate online sau pe Web of Science:

„Ferroelectric Hf0.5Zr0.5O2 Thin Films on TiN/Si Substrates Grown by Pulsed Laser Deposition at CMOS-Compatible Temperatures”, publicat in Ceramics International (https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2025.08.321; Q1-Materials Science, Ceramics; FI=5.6); Ceramics International

„Tailoring Polarization and Dielectric Properties in HZO Multilayers: Electrostatic Effects vs. Structural Instabilities”, publicat in Journal of Alloys and Compounds (https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2025.184617; Q1-Metallurgy&Metallurgical Engineering; FI=6.3); Journal of Alloys and Compounds

„Electronic–Structural Phase Correlations in Oxygen-Deficient Hafnia Nanocrystals” publicat in Small (https://doi.org/10.1002/smll.202508888, Q1-Chemistry, Physical; FI=12.1); Small

„Polarization switching in ferroelectric films triggered by charge injection/extraction at interfaces” publicat in Materials Science and Engineering B (https://doi.org/10.1016/j.mseb.2025.119130, Q2 – Physics, Condensed Matter, FI=4.6); Materials Science and Engineering B

“Identification of ferroelectric HfZrO2 from the distinct signature of O 1s spectra in polar and non-polar sublattices” publicat in Physical Review Materials (https://doi.org/10.1103/h2lj-slbg, Q2-Materials Science, Multidisciplinary, FI=3.4); Physical Review Materials

"Ferroelectric Behavior of Micro‐ to Submicron‐Scale HZO Capacitors: Impact of the Perimeter‐to‐Area Ratio", publicat in Advanced Electronic Materials (https://doi.org/10.1002/aelm.202500879, Q1-Physics, Applied, FI=5.3); Adv Elect Materials

Lucrari submise spre publicare:

"Interface Engineering for Expanded Stable Polarization Regime upon Cycling in Ferroelectric Hf0.5Zr0.5O2", la Small (Q1-Chemistry, Physical; FI=12.1)

"Direct nanoscale imaging of local polarization- switching kinetics in HZO", la ACS Nano (Q1-Materials Science, Multidisciplinary, Nanoscience&Nanotechnology; FI=16.1)

Capitol carte:

„Electrical properties of Binary Thin Films” in volumul „Thin Films – Synthesis and Characterization”, editura InTech (DOI: 10.5772/intechopen.1015311); Capitol carte Intech

O cerere de brevet de inventie a fost depusa la OSIM:

Cerere de brevet A 2026 00337 A Boni001

In zilele de 2 si 3 iunie 2026 INCDFM a organizat a 11-a editie a International Workshop of Materials Physics, cu o tematica legata de tematica proiectului. Directorul de proiect, profesorul Dimoulas, a sustinut o prezentare invitata cu rezultatele obtinute pana acum.

Abstract-Book-IWMP-2026_v2_GES-final

Program workshop

2^nd of June 2026

3^rd of June 2026

Diseminare publică / Market Watch

1. „Contribuția INCD Fizica Materialelor la implementarea Planului Național de Redresare și Reziliență”, Market Watch, octombrie 2024. Link: https://www.marketwatch.ro/articol/18603/Contributia_INCD_Fizica_Materialelor_la_implementarea_Planului_National_de_Redresare_si_Rezilienta/pagina/2

Indicatori de rezultat (conform definitiilor din ghid)

Lucrarile in junale ISI clasate Q1:

Publicate:

„Ferroelectric Hf0.5Zr0.5O2 Thin Films on TiN/Si Substrates Grown by Pulsed Laser Deposition at CMOS-Compatible Temperatures”, publicat in Ceramics International (https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2025.08.321; Q1-Materials Science, Ceramics; FI=5.6);

„Tailoring Polarization and Dielectric Properties in HZO Multilayers: Electrostatic Effects vs. Structural Instabilities”, publicat in Journal of Alloys and Compounds (https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2025.184617; Q1-Metallurgy&Metallurgical Engineering; FI=6.3)

„Electronic–Structural Phase Correlations in Oxygen-Deficient Hafnia Nanocrystals” publicat in Small (https://doi.org/10.1002/smll.202508888, Q1-Chemistry, Physical; FI=12.1).

Acceptata pentru publicat

"Ferroelectric Behavior of Micro‐ to Submicron‐Scale HZO Capacitors: Impact of the Perimeter‐to‐Area Ratio", acceptata la Advanced Electronic Materials (proof primit pentru corectie, Q1-Physics, Applied, FI=5.3)

Proiecte depuse  la programe europene care au trecut de pragurile impuse pentru a putea fi acceptate la finantare:

Proiecte EIC Pathfinder Open:

„Anti-ferroelectric-based unified information and energy storage at the Edge” (call HORIZON-EIC-2025-PATHFINDEROPEN; 4.55 puncte din 5, a depasit pragurile la cele 3 criterii de evaluare, nu a fost selectat pentru finantare); 101258367_SLIDETRONIC_ESR

„3D ferroelectric memory cube for self-powered edge intelligence” (call HORIZON-EIC-2025-PATHFINDEROPEN; 4.65 puncte din 5, a depasit pragurile la cele 3 criterii de evaluare, nu a fost selectat pentru finantare); 101258806_STOREDGE_ESR

Proiect HORIZON-RIA

"Reusable and Sustainable Smart Textiles for Flexible, Stretchable Electronics and Biosensing Applications" (call HORIZON-CL4-2025-03; 12 puncte din 15, pragul era de 10 puncte, nu a fost selectat pentru finantare); 101296770_ReTexSens_ESR

Proiect depus la competitii nationale

Competitia Centre de Excelenta-2024

"Centru de excelenta in domeniul materialelor avansate pentru neuromorfic, digital, quantum si alte tehnologii emergente" (a fost notat cu 88 puncte, depasind pragul de 85 puncte, dar nu a fost selectat pentru finantare din cauza restrictiilor din pachetul de informatii care prevad finantarea unui singur proiect pe o zona de impact)

Indicator de impact

INCDFM a obtinut acreditarea HR Excellence in Research, https://infim.ro/hrs4r/ .