D032/2010: Molekulardynamische Simulation zur Untersuchung von memristivem Schalten in Übergangsmetalloxiden

Resistive Speicherzellen (RRAMs) stellen einen vielversprechenden Ansatz für die nächste Generation nichtflüchtiger Speicherbauelemente dar. Bei diesen Speicherzellen handelt es sich um Metall-Oxid-Metall-Strukturen, die durch Anlegen einer Spannung oder eines Stromes reversibel zwischen einem hochohmigen und einem niederohmigen Zustand geschaltet werden können. Ein solches Schaltverhalten zeigen Zellen mit Übergangsmetalloxiden, z.B. SrTiO3, als aktivem Material zwischen den Metallelektroden. Diffusion von Sauerstoffleerstellen entlang ausgedehnter Defekte wie auch Redoxreaktionen, die eine Änderung der elektrischen Leitfähigkeit des Materials hervorrufen, spielen eine wichtige Rolle im Schaltprozess. Die Details der physikalischen Vorgänge, die diesem Schaltmechanismus zugrunde liegen, sind jedoch noch nicht vollständig verstanden.

Ziel dieser Arbeit ist es, auf Grundlage molekulardynamischer Simulationen die Migration von Sauerstoffleerstellen in solchen Strukturen zu untersuchen. Die Aufgaben umfassen neben MD-Simulationen mit Hilfe aktueller Softwarepakete die Weiterentwicklung bestehender Modelle zur Beschreibung von Übergangsmetalloxiden. Die Arbeiten werden u.a. auf dem Jülicher IBM Blue Gene/P Supercomputer JUGENE durchgeführt.

Arbeitsinhalte

Klassische MD-Simulationen mit ionischen Kraftfeldern, Analyse und Validierung des Modells mit Hilfe von abinitio und semi-empirischen Methoden, Entwicklung eines Kraftfeldes zur korrekten Beschreibung der kovalenten Ti-O-Bindung in Perowskiten, Klassische MD-Simulationen zur Defektwanderung mit dem verbesserten Kraftfeld

Voraussetzungen

Gute Kenntnisse in Quantenphysik, Interesse an der Modellierung physikalischer Vorgänge, Bereitschaft zur Einarbeitung in die Verwendung komplexer Programme aus Physik und Chemie

Kontakt

Prof. Dr.-Ing. R. Waser
Institut für Festkörperforschung (IFF-6)

E-Mail: r.waser@fz-juelich.de

oder

Dr. Thomas Müller
Institute for Advanced Simulation (IAS)
Jülich Supercomputing Centre (JSC)

E-Mail: th.mueller@fz-juelich.de

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