Challenge for implementing a Mott FET on thin films of Mott insulators

在莫特绝缘体薄膜上实现莫特 FET 面临的挑战

• 批准号: 15F15315
• 负责人: 井上 公
• 金额: $ 1.47万
• 依托单位: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2015
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2015-11-09 至 2018-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15F15315/
• 关键词: チタン酸ストロンチウム; 金属絶縁体転移; ２次元金属; 人工ニューロン; 人工シナプス; 機械学習; 近藤効果; 非線形ホール効果; 強相関エレクトロニクス; モットFET; ニューロモルフィック; 酸素欠損; 負の静電容量; 電界効果トランジスタ; パリレン; サブスレショルドスイング; 易動度; 負性抵抗

本年度はSrTiO3 FETの金属絶縁体転移のメカニズムを探るため、これまでよりも詳細な実験とシミュレーションによる研究を行いました。これによって、FET特性の閾値が、ゲート電圧印加の履歴の関数になることが判明しました。酸素欠損がバルクに追いやられバックゲートのように働くという仮定から導かれる特性とよく一致しています。このSrTiO3の金属非金属転移の履歴現象を用いて、スパイク時刻依存可塑性(STDP)という脳の中にあるシナプスの特性を真似することに成功し、SrTiO3 FETを用いた人工シナプスを開発することに成功しました。このデバイスの特性パラメータを抽出し、それを使って、機械学習のシミュレーションも行いました。60000の手書き数字で学習を行い、10000の手書き数字で認識のテストを行ったところ、70％を超える良い精度で認識に成功しました。さらに同じデバイスが人工ニューロンとしても動作することを確認しました。従来の人工ニューロンは大きなコンデンサを搭載して積分動作を行なっていましたが、我々のニューロンはSrTiO3 FETの閾値がゲート電圧の履歴で変化することを利用した人工ニューロンであり、集積化を阻む「コンデンサ」を必要としない画期的デバイスです。デバイス開発の分野で世界最大の国際会議IEDMに採択され、研究発表を行いました。現在論文を投稿中です。さらにSrTiO3-FETの低温から極低温までの物性探索を行い、低温で出現する近藤効果と非線形ホール効果を２キャリアモデルで説明することに成功しました。こちらも重要な成果であり、論文投稿準備中です。

今年，我们进行了更详细的实验和仿真研究，以探索SRTIO3 FET中金属绝缘子过渡的机理。这表明FET特征阈值是门电压应用史的函数。这与从氧气空位被降级为散装的假设中得出的特性非常吻合，并像背门一样起作用。使用SRTIO3中金属非金属转移的这种历史现象，我们成功地模仿了大脑中称为Spike Time依赖性可塑性（STDP）的突触的特征，并成功地使用了SRTIO3 Fets开发了人造突触。提取了此设备的特征参数并用于模拟机器学习。我们研究了60,000个手写数字，并以10,000个手写数字进行了测试识别，并且能够以超过70％的良好精度识别它们。此外，我们证实了同一设备还可以作为人造神经元。传统的人造神经元配备了大型电容器来执行集成操作，但是我们的神经元是人造神经元，它利用了这样一个事实，即SRTIO3 FET的阈值变化的阈值根据栅极电压的历史而定，这使它们取决于不需要防止集成的“推销机构”。它是在设备开发领域的世界上最大的国际会议上选择的，并进行了研究。我目前正在提交论文。此外，我们研究了从低温到极低的SRTIO3-FETS的物理特性，并成功地解释了使用两载波模型在低温下出现的近托效应和非线性霍尔效应。这也是一个重要的结果，我目前正在准备提交论文。

项目成果

Negative capacitance? 1000% enhancement of the carrier density at the surface of non-doped SrTiO3.

负%20电容%201000%%20增强%20of%20%20载流子%20密度%20at%20%20表面%20of%20非掺杂%20SrTiO3。

• 发表时间: 2015
• 作者: Schulman Alejandro;Neeraj Kumar;Ai Kitoh;Pablo Stoliar;Marcelo Rozenberg;Isao H. Inoue;I. H. Inoue;I. H. Inoue
• 通讯作者: I. H. Inoue

NEGATIVE CHARGE-COMPRESSIBILITY OF SrTiO3 FET.

SrTiO3 FET 的负电荷压缩性。

• 发表时间: 2016
• 作者: Schulman Alejandro;Neeraj Kumar;Ai Kitoh;Pablo Stoliar;Isao H. Inoue
• 通讯作者: Isao H. Inoue

Sign-changing non-monotonic voltage gain of HfO2/Parylene-C/SrTiO3 field-effect transistor due to percolative insulator to two-dimensional metal transition.

由于渗透绝缘体向二维金属过渡而导致 HfO2/Parylene-C/SrTiO3 场效应晶体管的符号变化非单调电压增益。

• DOI: 10.1063/1.4973739
• 发表时间: 2017
• 期刊: Applied Physics Letters
• 影响因子: 4
• 作者: Alejandro Schulman;Ai Kitoh;Pablo Stoliar;Isao H. Inoue
• 通讯作者: Isao H. Inoue

CNRS(フランス)

法国国家科学研究中心（CNRS）

Insulator to 2D metal transition at the surface of SrTiO3 with negative charge compressibility and Kondo effect

具有负电荷压缩性和近藤效应的 SrTiO3 表面绝缘体到二维金属的转变

• 发表时间: 2016
• 作者: Schulman Alejandro;Neeraj Kumar;Ai Kitoh;Pablo Stoliar;Marcelo Rozenberg;Isao H. Inoue
• 通讯作者: Isao H. Inoue