Modellering av korrelerade material för framtidens teknik
- Diarienummer
- ICA16-0037
- Start- och slutdatum
- 170901-210930
- Beviljat belopp
- 4 000 000 kr
- Förvaltande organisation
- Uppsala University
- Forskningsområde
- Materialvetenskap och materialteknologier
Summary
Projektet är uppdelat på följande tre delområden (ROs), vilkas implementation utgör basen för arbetsplanen. 1."Utveckla och leverera unik mjukvara för första-princips-simulationer av elektronikkomponenter med upp till tio nanometers storlek och upp till 10 pikosekunder drifttid, inklusive externa elektromagnetiska fält. Förväntad leverans inom två år efter projektstart. 2."Utforska hur reducerade dimensioner och externa fält påverkar fasövergångar i heterostrukturer av övergångsmetaloxider (TMO), med fokus på material för memristorer och transistorer. Resultatet är modeller för kretskomponenter med materialspecifika parametrar. 3."Skapa och leverera en växande databas med egenskaper i gränsskikten mellan övergångsmetalloxider. Då fasdiagrammet för dessa material är väldigt komplext, finns ett stort behov av tillgänglig data för att bistå karaktärisering av materialen, med fördel i samarbete med till exempel neutronspridningsexperiment. Mjukvarukapaciteten finns på plats, arbetet med databasen kommer att fortgå under hela projekttiden. Ett nära utbyte med experimentella grupper är nödvändigt för att testa beräkningsmetodik och design. Dynamik hos exciterade tillstånd respektive design testas t.ex. via pump-prob spektroskopi. Stabilitet hos heterostrukturer och faskaraktärisering testas med hjälp av till exempel MBE/ALD och neutronspridning/fotoemissionspektroskopi.
Populärvetenskaplig beskrivning
Dagens samhälle är till stor del beroende av digital teknik. Tekniken används i allt från handhållen elektronik till optimering av bränsleförbrukning i bilar, industriprocesser och inte minst kommunikation. Förbättrad teknik är av stor vikt för bättre resursutnyttjande i en värld med växande befolkning. Vidareutveckling av tekniken som dagens elektronik bygger på försvåras av den stora energiåtgången i dagens kiselbaserade processorer, samt de komplikationer som uppstår då transistorernas dimensioner sjunker till någon hundratusendel av ett hårstrås tjocklek. Det finns däremot goda förutsättningar för att använda en helt annan mekanism, vanligt förekommande i oxiderade metaller. En så kallad metall-isolator övergång som kan åstadkommas med till exempel små elektromagnetiska fält eller elektrisk ström. Dessutom bildar dessa oxider, under vissa förhållanden, spontant självorganiserande strukturer som är idealiska för framtidens komponenter. Problematiken ligger i att vi saknar tillräcklig förståelse av fysiken i dessa nanostrukturer. Mycket av den expertis som byggts upp för att modellera traditionella halvledare är heller inte tillämpbar på dessa material, då funktionen bygger på en annan fysikalisk mekanism. Jag ansöker här om anslag för att utveckla en ny generations modelleringsverktyg som krävs för att svensk kommunikations- och hårdvaruindustri ska fortsätta att vara världsledande. Metoderna bygger på beräkningar som inte kräver att materialparametrar bestäms med experiment, utan tas fram med hjälp av att lösa den kvantmekaniska beskrivningen av materialet. Sedan tas en semiklassisk beskrivning fram, som kan användas för att snabbt se vilka materialprocesser som är relevanta för att kontrollera ett visst fysikaliskt förlopp. På grund av närheten till relevant experimentell expertis, samt företag och institut som Ericsson och ACREO, är KTH och Skolan för informations- och kommunikationsteknik den mest lämpliga platsen att driva projektet.