Promotionen (wiss. Mitarbeiter/innen)

Wir bieten eine Reihe von Stellen im Bereich der memristiven Oxide (SFB 917), im Bereich der Elektro­chemie und im Bereich der Ferro­elektrika/Piezo­elektrika an. Insbesondere Kandidaten mit über­durch­schnitt­lichen Leistungen möchten wir auffordern, sich mit Prof. Waser in Verbindung zu setzen. Eine Beteiligung an der Lehre des Instituts, insbesondere zu der Lehr­veranstaltung “Grundlagen elektronischer Materialien und Bau­elemente” wird im üblichen Rahmen erwartet.

PhD position in Forzungszentrum Jülich on Neuromorphic computing

The MAMMAL Learning Machine: A Hierarchical Memory Approach Based on Resistive Switching Memory for Neo-Cortex Inspired Machine Learning of Temporal and Spatial Series

Topic: Neuromorphic computing is becoming increasingly important to solve cognitive tasks in applications such as image recognition, automatic translation, large data analysis, and autonomous driving. Its concept relies on brain-inspired artificial neural networks, that are trained rather than programmed. However, today’s successful so-called Deep-Learning systems are only running on software and are still implemented on classical von Neumann computers, which makes them very energy inefficient compared to the brain. Furthermore, their need for massive training data and supervised learning indicates that our brains function very differently.

Hence, the need for a better understanding of the brain, together with improved hardware to mimic that brain functionality. The proposed research work will aim at combining both. It will investigate in more detail Neuroscience based alternative “algorithms” for neuromorphic computing, based on the so-called Hierarchical Temporary Memory concept. The hardware implementation of these algorithms will be realized on resistive switching ReRAM devices, which constitute a new type of emerging memristive devices. The intrinsic variability of these devices offers the potential to store probabilities, and by that to make circuits that not only recognize but also predict.

Institutes:

As this research directly links neuroscience insights with emerging device properties, it spans over two different institutes: the Computational and Systems Neuroscience (INM-6, Prof. Markus Diesmann) Institute and the JARA-Institute Green IT (PGI-10 Prof.’s Rainer Waser, Matthias Wuttig, and Tobias Noll). The role of the INM-6 institute is to provide insights in network structure and connectivity, role of prediction/comparison, and data representation in the brain and, eventually, simulation of the “learning system” elements using platforms as NEST. The role of PGI-10 is on learning system and algorithm development, as well as on the optimization of different types of RS devices (Redox-based resistive RAM as well as Phase Change memory devices).

Type of work:

The work consist of building and programming of a prototype system around a ReRAM array, on which different learning algorithms will be implemented and evaluated.

Preferred profile of candidate:

Electronic Engineer

Interesting read:

“On Intelligence”, author Jeff Hawkins

Contact person for more information:

Dr.Dirk Wouters (wouters@iwe.rwth-aachen.de)

09.03.2018

Promotionsarbeit für Elektrotechniker, Physiker, Materialwissenschaftler, Physikochemiker

Elektrokatalytische Wasseroxidation

Ziel: Mikroskopisches Verständnis des Anodenprozesses der Wasserelektrolyse und neue Metalloxide als Elektrodenmaterialien

Die großtechnische Wasserelektrolyse wird den wichtigsten Prozess in der künftigen Energie-Infrastruktur darstellen. Der gewonnene Wasserstoff wird in Brennstoffzellen-basierten Fahrzeugen (PkW, Busse, etc.) eingesetzt werden. Zugleich ist er der Schlüssel zur Lösung des Speicherproblems der regenerativen Energieerzeugung, da er – wie heute Erdgas – in großen Gaskavernen als strategische Reserve der Bundesrepublik gespeichert werden kann.

Die Verbesserung der Effizienz der Wasserelektrolyse – und aufgrund des elektrischen Überpotentials insbesondere die Oxidationsseite – ist hierbei die größte Herausforderung für die Forschung & Entwicklung. Diese kann nur durch ein mikroskopisches Verständnis der elektrokatalytischen Teilschritte und ein daraus abgeleitetes, neuartiges Konzept für Elektrodenmaterialien bewältigt werden. Gegenüber bestehenden Lösungen ist der Anteil an Edelmetallen bei geringerem Überpotential in der Zelle zu verringern und die Lebensdauer zu erhöhen.

Zu den Aufgaben in der geplanten Promotionsarbeit (PGI-7, FZ Jülich / IWE2, RWTH Aachen) gehören:

  • Herstellung epitaktischer Oxid-Dünnschichten mittels Pulsed Laser Deposition (PLD)
  • Charakterisierung der Oberflächen-Morphologie mittels SEM und AFM, Strukturanalyse mittels XRD
  • Analyse der elektronischen Struktur (Fermi-Niveau, Zustandsdichteverteilung) mittels XPS und Nano-ESCA; elektronische Transporteigenschaften mittels Hall-Messungen
  • Elektrochemische Charakterisierung mittels potentiostatischen und potentiodynamischen Strom-Spannungs-Messungen
  • In-situ Tunnelmikroskopie- und spektroskopie, In-situ TEM (in Koop. Mit dem ER-C)
  • Modellentwicklung der molekularen Teilschritte einschl. der Elektronentransfer-Reaktion
  • Studien an alternativen Metalloxid-Systemen

Voraus­setzungen:

Grundkenntnisse der Festkörper- und Oberflächenphysik sowie der physikalischen Chemie; Überdurchschnittliche Studienleistungen; Spaß an experimenteller, multidisziplinärer Arbeit in gruppenübergreifenden Teams.

Ansprech­partner:

Prof. Dr. Rainer Waser (waser@iwe.rwth-aachen.de)
oder: Dr. Ilia Valov (i.valov@fz-juelich.de)


11.07.2013

Promotionsarbeit für Physiker, Chemiker

Metalloxidcluster als neuartige resistive Schaltelemente

Die kontinuierliche Verkleinerung von konventionellen CMOS-Bauelementen hat in der Vergangenheit zu einem steten Anstieg an Speicherkapazität und Rechenleistung geführt. Da diese Entwicklung aber zunehmend an physikalische Grenzen stößt, müssen alternative Technologien entwickelt werden. Eine Möglichkeit besteht in der Verwendung von molekularen Systemen als Informationsträgern. Die bereits erfolgreich etablierte Technik des resistiven Schaltens zwischen verschiedenen elektrischen Leitfähigkeiten von Metall­oxid­filmen eignet sich hierfür in besonderem Maße (? ReRAMs). Durch Verwendung von Metalloxid-Clustern als Ersatz für die bislang üblichen Dünnschichtsysteme bietet sich die Möglichkeit zur Entwicklung neuartiger Speicherzellen im Nanometermaßstab.

Im Institut für elektronische Materialien (PGI-7) des Forschungszentrums Jülich ist ab Januar 2016 im Rahmen einer Kooperation mit dem Institut für Anorganische Chemie der RWTH Aachen eine Stelle für


eine wissenschaftliche Mitarbeiterin
oder einen wissenschaftlichen Mitarbeiter
(Entgeltgruppe 13 TV‑L)

mit der Hälfte der regelmäßigen Arbeitszeit befristet für die Dauer von 3 Jahren zu besetzen. Die Beschäftigungsdauer richtet sich nach den Vorschriften des Wissen­schafts­zeit­vertrags­gesetzes.

Im Rahmen der Promotion sollen verschiedene komplexe Polyoxovanadate (POV) auf ihre Eigenschaften zum resistiven Schalten hin untersucht werden. Hierzu wird zunächst die Adsorption der Moleküle auf verschiedenen Oberflächen charakterisiert und anschließend deren Redoxzustand durch gezielten Ladungstransfer gesteuert. Die Aufgabenstellung umfasst zunächst die Überführung der Moleküle ins Ultrahochvakuum, die hochauflösende Abbildung sowie die elektronische Charakterisierung der Moleküle. Im finalen Schritt soll schließlich der molekulare Redoxzustand durch gezielten Ladungstransfer mit der STM-Spitze manipuliert werden, um unterschiedliche Informationszustände zu simulieren.

Anforderungen:

  • Abgeschlossenes wissenschaftliches Hochschulstudium (Diplom oder Master) im Fach Physik oder Chemie (bevorzugt mit Schwerpunkt Physikalische Chemie) mit der Note gut oder besser
  • Erfahrung im Umgang mit Rastersondenmikroskopie und / oder anderen oberflächensensitiven Untersuchungstechniken, möglichst auch unter Ultrahochvakuumbedingungen
  • Fähigkeit zum selbstständigen wissenschaftlichen Arbeiten
  • Gute schriftliche und mündliche Englischkenntnisse

Auskunft erteilt:

Dr. Kirill Monakhov (Institut für Anorganische Chemie, RWTH Aachen),
Email: kirill.monakhov@ac.rwth-aachen.de
Dr. Marco Moors (Peter Grünberg Institut, FZ Jülich),
Email: m.moors@fz-juelich.de