Műegyetem - Kutatóegyetem Nanoelektronika Mihály György Útközben A BME kutatóegyetemi pályán Műegyetem - Kutatóegyetem Nanofizika, nanotechnológia és anyagtudomány

Nanoelektronika Spintronika - grafén Hibrid nanoszerkezetek Spin-polarizált transzport Spin-qbit kísérlet Kvantum információ elmélet Komplex mágneses szerkezetek Mágneses optikai spektroszkópia GMR kísérlet és elmélet Molekuláris elektronika Szén nanoszerkezetek Félvezető nanocsővek Nanoszenzorok fejlesztése Napelemek antireflexiós rétege Nano-kompozit anyagok minősítés - memrisztor - grafén Spintronika Hibrid nanoszerkezetek Nanoelektronikai eszközök

A hiányzó áramköri elem Leon O. Chua, IEEE Trans. Circuit Theory 18, 507 (1971) Resistor V Capacitor I Q Memristor Inductor Ф

„The missing memristor found” D.B. Strukov, G.S. Snider, D.R. Stewart, S.R. Williams, Nature 453, 80 (2008) Vezető csatornák kialakulása és lebomlása – rezisztív kapcsoló Pt TiOx Áram (mA) Pt Feszültség (V)

„The missing memristor found” D.B. Strukov, G.S. Snider, D.R. Stewart, S.R. Williams, Nature 453, 80 (2008) Vezető csatorna - ionok migrációja nanométeres méretskála Pt TiOx Pt Áram (mA) 50 nm Feszültség (V) R. Waser et al., Adv.Mater 21, 2632 (2009)

Keresztező vezetékek D.B. Strukov, G.S. Snider, D.R. Stewart, S.R. Williams, Nature 453, 80 (2008) 50 nm „Crossbar” technológia „analóg” memóriaelem

Dynamical nanocrossbars Rezisztív RAM (RRAM) HP laboratories Dynamical nanocrossbars 50 nm

„The missing memristor found” D.B. Strukov, G.S. Snider, D.R. Stewart, S.R. Williams, Nature 453, 80 (2008) Vezető csatornák kialakulása és lebomlása – „analóg” memória Pt TiOx Áram (mA) Áram (mA) Feszültség (V) Feszültség (V)

„Biological-scale intelligent machines” DARPA SyNAPSE Program 2009-2014, 4.900.000 USD 10.000 CPU 1000 W kicsi gyors ? Célkitűzés: 106 memórialem/cm2 1010 kapcsolat/cm2 100 mW/cm2 CPU Emberi agy RRAM Tranzisztor Neuron Memristor 3 terminal 2 szinapszis digitális eltérő erősség analóg Emberi agy: 106 neuron/cm2 1010 szinapszis/cm2 2 mW/cm2 Neurális hálózat HP szabadalom

Pont-kontaktus memrisztor – NNA P1 A.Geresdi, A.Halbritter, A.Gyenis P.Makk, G.Mihály, Nanoscale 3, 1504 (2011) Kémiai maratással hegyezett tű (W vagy Pt/Ir) Ag AgSx W Minta: 80nm Ag réteg, S-kezelt felület Si/SiO2 hordozó MTA RMKI együttműködés Tanczikó Ferec – MBE Szilágyi Edit – RBS Kontaktus méret: egyetlen atom 100 nm

Pont-kontaktus memrisztor – NNA P1 A.Geresdi, A.Halbritter, A.Gyenis P.Makk, G.Mihály, Nanoscale 3, 1504 (2011) Kémiai maratással hegyezett tű (W vagy Pt/Ir) Ag AgSx W Minta: 80nm Ag réteg, S-kezelt felület Si/SiO2 hordozó Kontaktus méret: egyetlen atom 100 nm

Pont-kontaktus memrisztor – NNA P1 A.Geresdi, A.Halbritter, A.Gyenis P.Makk, G.Mihály, Nanoscale 3, 1504 (2011) Kémiai maratással hegyezett tű (W vagy Pt/Ir) Feszültség –áram karakterisztika Ag/AgSx/W Kontaktus méret: egyetlen atom 100 nm

Pont-kontaktus memrisztor – NNA P1 A.Geresdi, A.Halbritter, A.Gyenis P.Makk, G.Mihály, Nanoscale 3, 1504 (2011) Vezető Ag ion-csatornák Feszültség –áram karakterisztika Ag/AgSx/W Több tízezer karakterisztika analízise megbízható működés érhető el 3 nm-es kontaktussal is

Pont-kontaktus memrisztor – NNA P1 A.Geresdi, A.Halbritter, A.Gyenis P.Makk, G.Mihály, Nanoscale 3, 1504 (2011) „analóg”memória elem Feszültség –áram karakterisztika Ag/AgSx/W Vküszöb Több tízezer karakterisztika analízise megbízható működés érhető el 3 nm-es kontaktussal is

Pont-kontaktus memrisztor – NNA P1 A.Geresdi, A.Halbritter, E. Szilágyi, G.Mihály, MRS Conf. San Francisco, 2011 félvezető memrisztor Shottky-gát

Pont-kontaktus memrisztor – NNA P1 A.Geresdi, A.Halbritter, E. Szilágyi, G.Mihály, MRS Conf. San Francisco 2011 Kis keresztmetszet - fémes memrisztor T= 300K T= 4 K Ag AgSx W A memrisztor katakterisztika jellege nem változik szobahőmérséklet és cseppfolyós hélium hőmérséklete között Ag/AgSx/W

Grafén nanoelektronika – NNA P1 Tóvári Endre MSc témavezető: Csonka Szabolcs MTA MFA együttműködés Biró László Péter Neumann Péter

Grafén – mintaelőállítás MTA MFA grafén lapka felhelyezése SiO2 hordozóra elektronsugaras litográfia – védőmaszk plama marás, 300 °C-os tisztító hőkezelés vezetékek maszkolása és növesztése (molekulasugaras epitaxia: 5nm Cr, 60 nm Au) + VH + VH B B I I V V

Elektronállapotok hullámfüggvénye 1 dimenziós ideális fém Elektronállapotok hullámfüggvénye -k +k Schrödinger

vezetőképesség kvantum 1 dimenziós ideális fém Áram eV elektronok száma vezetőképesség kvantum Szabadon terjedő elektronok vezetőképessége egy univerzális állandó

2d ideális fém mágneses térben Landau-nívók növekvő B εF Energia 3 dimenzió Állapotsűrűség

2d ideális fém mágneses térben Landau-nívók Energia εF A szabadon terjedő elektronok egyirányban körbepattognak a falon. 3 dimenzió Állapotsűrűség

Kvantum Hall effektus +eV +eV +eV Nobel-díj 1985 - Klaus von Klitzing 1998 - R. Laughlin, H. Strömer, D. Tsui Anyaggal való kölcsönhatás nélkül, szabadon terjedő elektronok

Kvantum Hall effektus grafén mintán E. Tóvári, MSc dissertation

Kvantum Hall effektus grafén mintán E. Tóvári, MSc dissertation

Kvantum Hall effektus grafén mintán E. Tóvári, MSc dissertation + VH B I V

Nanoelektronika Spintronika - grafén Hibrid nanoszerkezetek Spin-polarizált transzport Spin-qbit kísérlet Kvantum információ elmélet Komplex mágneses szerkezetek Mágneses optikai spektroszkópia GMR kísérlet és elmélet Molekuláris elektronika Szén nanoszerkezetek Félvezető nanocsővek Nanoszenzorok fejlesztése Napelemek antireflexiós rétege Nano-kompozit anyagok minősítés - memrisztor - grafén Spintronika Hibrid nanoszerkezetek Nanoelektronikai eszközök

Nanoelektronika - 2 új eredmény Néhány nanométeres memrisztor előállítása Kapcsolás fémes értékek között Ag AgSx W A Grafén áramkör előállítása, töltéshordozó koncentráció kontrollja kapufeszültséggel Kvantum Hall effektus kimutatása grafénben