Väitös teknillisen fysiikan alalta, DI Maria Ameziane

Vastaväittäjä: professori Jordi Sort, Universitat Autònoma de Barcelona (UAB), Espanja
Kustos: professori Sebastiaan van Dijken, Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulu, teknillisen fysiikan laitos

Väitöskirja on julkisesti nähtävillä 10 päivää ennen väitöstä Aalto-yliopiston julkaisuarkiston verkkoriiputussivulla.

Elektroninen väitöskirja

Väitöstiedote:

Magneettiset tallennusvälineet ovat edelleen lajassa käytössä suurien bittitiheyksien ja haihtumattoman muistinsa ansiosta. Jotta bittitiheyksien ja laitenopeuksien kehittyminen jatkuisi, elektronisten komponenttien on täytynyt kutistua hurjasti. Miniatyrisoitujen piirien läpi liikkuvat elektronivirrat synnyttävät kuitenkin merkittävää lämpöhukkaa, jolloin laitteiden energiatehokkuus kärsii valtavasti. Lisäksi pienemmät magneettiset bitit ovat herkempiä lämmön vaihteluille, sillä lämpö voi pahimmassa tapauksessa tuhota tällennetun tiedon. Näiden haasteiden ratkaiseminen vaatii uutta lähestymistapaa laitteiston suunnitteluun. Uudet tiedonkäsittelyn muodot, kuten neuromorfinen - eli aivojen inspiroima - laskenta, vaativat lisäksi toimintoja, joita CMOS-pohjainen muisti ja logiikka eivät tarjoa. Aivojen tapaan ne ovat suunniteltu jäljittelemään hermoverkkojen toimintaa käsittelemällä ja ratkaisemalla komplekseja laskentatehtäviä energiatehokkaasti. 

Nopeasti kehittyvä magnetoioniikan ala tarjoaa lupaavan vaihtoehdon matalaenergisten magneettisten tallennusteknologioiden toteuttamiseen. Tässä työssä magneettisten "bittien" tilaa ohjataan häviöllisten elektronivirtojen sijasta jännitteellä ohjattujen ionien avulla. Tässä väitöstyössä keskitytään teknologisesti merkityksellisten magneettisten ilmiöiden - erityisesti kohtisuoran magneettisen anisotropian, magneettisten skyrmionien ja Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida-vuorovaikutuksen – hallinta toteutettiin solid-state-litiumioniakkujen ja superkondensaattorien inspiroimilla miniatyyrilaitteilla. Litiumioneja hyödynnettiin muutaman nanometrin paksuisten magneettisten monikerroksisten ohutkalvojen ominaisuuksien hallintaan. 

Tässä työssä tutkituilla ionisilla rakenteilla toteutettiin muun muassa magneettisen tilan determinististä ja palautuvaa säätelyä matalilla jännitteillä. Lisäksi demonstroitiin, että erityisesti superkonensaattoreihin perustuvat ionilaitteet ovat erittäin kestäviä kovassakin käytössä. Magnetoionisilla laitteilla on lisäksi ominaisuuksia, jotka soveltuvat hyvin neuromorfiseen tiedonkäsittelyyn. Keskeisiä emiserkkiominaisuuksia ovat lyhytaikainen plastisuus ja epälineaarisuus. Nämä tutkimustulokset edustavat merkittävää askelta kohti jänniteohjattujen magnetoionisten elementtien kehittämistä. Nämä voisivat tulevaisuudessa toimia rakennuspalikoina seuraavan sukupolven neuromorfisen laskennan sovelluksille.

Väittelijän yhteystiedot: [email protected]