Pomnilniški element na osnovi konfiguracije naboja za uporabo v krioračunalništvuMraz, Anže (Avtor) Mihailović, Dragan (Mentor) Lipovšek, Benjamin (Komentor) pomnilnik na podlagi konfiguracije nabojaCCM1T-TaS2nevolatilnostultra-hiter pomnilnikenergijsko-učinkovit pomnilnikV tem delu se osredotočimo na raziskovanje različnih vidikov obratovanja konceptualno edinstvenega nevolatilnega pomnilniškega elementa na podlagi ureditve naboja (ang. charge configuration memory-CCM), ki temelji na preklapljanju med dvema uporovnima stanjema v materialu 1T-TaS2. Pokažemo izredno energijsko učinkovito (2.2 fJ/bit), ultrahitro (2 ps) in stabilno preklapljanje CCM elementov pri kriogenih temperaturah, kar naredi CCM element primeren za integracijo v krio- in kvantnih računalniških sistemih. Posvetimo se raziskovanju obratovalnih karakteristik, kot so hitrost in energijska učinkovitost pisanja, vdržljivost preklapljanja, časovni toplotni odziv, ter analiza kovinske kontaktne strukture. S pomočjo vrstičnega tunelskega mikroskopa (STM) raziščemo tudi, kako se elektronska ureditev v metastabilnem H stanju spreminja med delovanjem CCM elementa. Z analizo H stanja odkrijemo nastanek netrivialnih topoloških defektov (dislokacij) v domenski elektronski strukturi, ki varujejo mesoskopsko stanje pred zunanjimi vzbuditvami in so odgovorni za nevolatilnost CCM elementa. Poleg tega opazimo, da je dinamika izbrisa teh defektov povezana z makroskopsko spremembo upornosti med H in C stanjem. Raziščemo tudi morebitno implementacijo nevolatilnega CCM elementa v krioračunalniškem okolju s pomočjo superprevodnega ojačevalnega elementa 'nanocryotron' (nTron), ki temelji na preklapljanju med superprevodnim in uporovnim stanjem s pomočjo kontrolnih sunkov na osnovi kvantnega toka (ang. single flux quantum-SFQ). NTron lahko doseže več kot 10 kΩ izhodne impedance in več kot 1 V napetosti na izhodu, kar je zelo primerno za poganjanje CCM elementov v vzporedni vezavi. Novo hibridno napravo, ki vključuje CCM in nTron element v vzporedni vezavi, imenujemo 'parallelotron' oz. pTron. Preučimo funkcionalnosti hibridnih pTron naprav skozi numerične simulacije časovne dinamike in napetostno-tokovnih (V-I) karakteristik, ter z meritvami dejanskih naprav, ki kažejo na dobro ujemanje z numeričnimi izračuni in potrdijo pomnilniško delovanje pTron naprave. Pokažemo tudi učinkovitost branja trenutnega stanja pTron naprave, kjer je branje stanja z nizko upornostjo popolnoma brez izgub.20232023-06-23 07:05:11Doktorsko delo/naloga147081sl