{"id":4929,"date":"2025-09-23T14:46:00","date_gmt":"2025-09-23T12:46:00","guid":{"rendered":"https:\/\/blog.rwth-aachen.de\/elektrotechnik\/?p=4929"},"modified":"2025-10-01T11:16:41","modified_gmt":"2025-10-01T09:16:41","slug":"2d-memristoren-schaltvorgaenge-unter-tem","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/blog.rwth-aachen.de\/elektrotechnik\/2d-memristoren-schaltvorgaenge-unter-tem\/","title":{"rendered":"Beobachtung von 2D\u2011Memristoren mit Operando\u2011TEM: Ein weiterer Schritt in Richtung neuromorphic Computing"},"content":{"rendered":"<div class=\"twoclick_social_bookmarks_post_4929 social_share_privacy clearfix 1.6.4 locale-de_DE sprite-de_DE\"><\/div><div class=\"twoclick-js\"><script type=\"text\/javascript\">\/* <![CDATA[ *\/\njQuery(document).ready(function($){if($('.twoclick_social_bookmarks_post_4929')){$('.twoclick_social_bookmarks_post_4929').socialSharePrivacy({\"services\":{\"facebook\":{\"status\":\"on\",\"txt_info\":\"2 Klicks f\\u00fcr mehr Datenschutz: Erst wenn Sie hier klicken, wird der Button aktiv und Sie k\\u00f6nnen Ihre Empfehlung an Facebook senden. 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Aufgrund der kurzen Wellenl\u00e4nge der Elektronen lassen sich Strukturen bis hinunter zum atomaren Ma\u00dfstab abbilden. Die Messungen erfolgten operando, das hei\u00dft, die 2D\u2011Bauelemente wurden w\u00e4hrend des elektrischen Betriebs beobachtet, nicht nur davor oder danach. Dadurch lassen sich Ph\u00e4nomene im Nanometerbereich in Echtzeit verfolgen.<\/p>\n<p>Memristoren sind ein Schl\u00fcsselelement des neuromorphen Rechnens, da sie Rechnen und Speichern am selben Ort vereinen. Somit sinkt der Energiebedarf von Rechenoperationen drastisch.<\/p>\n<p>F\u00fcr diese Studie wurden zweidimensionale Schichten aus Molybd\u00e4ndisulfid (MoS\u2082) verwendet. MoS\u2082 ist eine vielversprechende chemische Verbindung f\u00fcr memristive Bauelemente, weil seine atomar d\u00fcnne, geschichtete 2D\u2011Struktur interschichtliche van\u2011der\u2011Waals\u2011L\u00fccken aufweist. Das sind nanoskalige Abst\u00e4nde, die durch schwache van\u2011der\u2011Waals\u2011Wechselwirkungen stabilisiert werden und effiziente Transportpfade f\u00fcr Ionen und Metallatome bereitstellen. Diese Pfade erm\u00f6glichen die kontrollierte Bildung und Aufl\u00f6sung leitf\u00e4higer Filamente und damit das resistive Schaltverhalten, das f\u00fcr den Betrieb der Bauelemente erforderlich ist.<\/p>\n<div id=\"attachment_4937\" style=\"width: 610px\" class=\"wp-caption aligncenter\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" aria-describedby=\"caption-attachment-4937\" class=\"wp-image-4937\" src=\"https:\/\/blog.rwth-aachen.de\/elektrotechnik\/files\/2025\/09\/Untitled-300x89.png\" alt=\"Schichten eines zweidimensionalen Memristors und Pd\/Ag\u2011Elektroden zur Erzeugung einer Potentialdifferenz\" width=\"600\" height=\"178\" srcset=\"https:\/\/blog.rwth-aachen.de\/elektrotechnik\/files\/2025\/09\/Untitled-300x89.png 300w, https:\/\/blog.rwth-aachen.de\/elektrotechnik\/files\/2025\/09\/Untitled-1024x304.png 1024w, https:\/\/blog.rwth-aachen.de\/elektrotechnik\/files\/2025\/09\/Untitled-768x228.png 768w, https:\/\/blog.rwth-aachen.de\/elektrotechnik\/files\/2025\/09\/Untitled.png 1500w\" sizes=\"auto, (max-width: 600px) 100vw, 600px\" \/><p id=\"caption-attachment-4937\" class=\"wp-caption-text\">Abbildung 1 &#8211; Schichten eines zweidimensionalen Memristors und Pd\/Ag\u2011Elektroden zur Erzeugung einer Potentialdifferenz \u2013 nature.com<\/p><\/div>\n<p>Unter angelegter Spannung beobachteten die Forschenden Silberionen direkt, wie sie sich durch das MoS\u2082\u2011Medium entlang von Oberfl\u00e4chenpfaden, innerhalb interschichtlicher van\u2011der\u2011Waals\u2011L\u00fccken und zwischen B\u00fcndeln bewegten. Dort lagern sie sich zu metallischen, leitf\u00e4higen Filamenten zusammen, die die Elektroden \u00fcberbr\u00fccken und das Bauelement in einen niederohmigen Zustand versetzen; eine Umkehr der Polarit\u00e4t l\u00f6st diese Filamente auf und f\u00fchrt das Bauelement in den hochohmigen Zustand zur\u00fcck. Um die Schaltzuverl\u00e4ssigkeit sowie die Ursachen anomaler Ereignisse und der Zyklus\u2011zu\u2011Zyklus\u2011Variabilit\u00e4t direkt zu bewerten, wurde die operando\u2011TEM\u2011Bildgebung mit Strom\u2011Spannungs\u2011Messungen synchronisiert. Dies erm\u00f6glichte es, die Keimbildung, das Wachstum, die Bewegung und den Bruch einzelner Filamente in Echtzeit zu verfolgen und diese physikalischen Ereignisse mit elektrischen Signaturen zu korrelieren. Aus diesen Beobachtungen leiteten sie die Faktoren ab, die die Schaltleistung beeinflussen, und formulierten konkrete Empfehlungen f\u00fcr die Auslegung und den Betrieb von Bauelementen.<\/p>\n<div id=\"attachment_4941\" style=\"width: 1095px\" class=\"wp-caption aligncenter\"><a href=\"https:\/\/blog.rwth-aachen.de\/elektrotechnik\/files\/2025\/09\/Untitled1-2-scaled.png\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" aria-describedby=\"caption-attachment-4941\" class=\"wp-image-4941\" src=\"https:\/\/blog.rwth-aachen.de\/elektrotechnik\/files\/2025\/09\/Untitled^1-2-scaled.png\" alt=\"Bildung und Aufl\u00f6sung von Silberfilamenten im TEM\" width=\"1085\" height=\"355\" srcset=\"https:\/\/blog.rwth-aachen.de\/elektrotechnik\/files\/2025\/09\/Untitled^1-2-scaled.png 2560w, https:\/\/blog.rwth-aachen.de\/elektrotechnik\/files\/2025\/09\/Untitled^1-2-300x98.png 300w, https:\/\/blog.rwth-aachen.de\/elektrotechnik\/files\/2025\/09\/Untitled^1-2-1024x335.png 1024w, https:\/\/blog.rwth-aachen.de\/elektrotechnik\/files\/2025\/09\/Untitled^1-2-768x251.png 768w, https:\/\/blog.rwth-aachen.de\/elektrotechnik\/files\/2025\/09\/Untitled^1-2-1536x503.png 1536w, https:\/\/blog.rwth-aachen.de\/elektrotechnik\/files\/2025\/09\/Untitled^1-2-2048x670.png 2048w\" sizes=\"auto, (max-width: 1085px) 100vw, 1085px\" \/><\/a><p id=\"caption-attachment-4941\" class=\"wp-caption-text\">Abbildung 2 &#8211; Bildung und Aufl\u00f6sung von Silberfilamenten im TEM<\/p><\/div>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<div id=\"attachment_4944\" style=\"width: 1052px\" class=\"wp-caption aligncenter\"><a href=\"https:\/\/blog.rwth-aachen.de\/elektrotechnik\/files\/2025\/09\/Untitled2-scaled.png\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" aria-describedby=\"caption-attachment-4944\" class=\"wp-image-4944\" src=\"https:\/\/blog.rwth-aachen.de\/elektrotechnik\/files\/2025\/09\/Untitled2-scaled.png\" alt=\"Silberkontrast im TEM\" width=\"1042\" height=\"139\" srcset=\"https:\/\/blog.rwth-aachen.de\/elektrotechnik\/files\/2025\/09\/Untitled2-scaled.png 2560w, https:\/\/blog.rwth-aachen.de\/elektrotechnik\/files\/2025\/09\/Untitled2-300x40.png 300w, https:\/\/blog.rwth-aachen.de\/elektrotechnik\/files\/2025\/09\/Untitled2-1024x137.png 1024w, https:\/\/blog.rwth-aachen.de\/elektrotechnik\/files\/2025\/09\/Untitled2-768x102.png 768w, https:\/\/blog.rwth-aachen.de\/elektrotechnik\/files\/2025\/09\/Untitled2-1536x205.png 1536w, https:\/\/blog.rwth-aachen.de\/elektrotechnik\/files\/2025\/09\/Untitled2-2048x273.png 2048w\" sizes=\"auto, (max-width: 1042px) 100vw, 1042px\" \/><\/a><p id=\"caption-attachment-4944\" class=\"wp-caption-text\">Abbildung 3 &#8211; Silberkontrast im TEM<\/p><\/div>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<p>Diese Ergebnisse liefern konkrete Ansatzpunkte, um memristive Synapsen f\u00fcr neuromorphes Rechnen zuverl\u00e4ssiger zu machen. Indem ermittelt wird, wo Silberfilamente entstehen (auf MoS2\u2011Oberfl\u00e4chen, in interschichtigen van\u2011der\u2011Waals\u2011L\u00fccken und zwischen MoS2\u2011B\u00fcndeln), und ihre Gr\u00f6\u00dfen quantifiziert werden, wird eine gezieltere Kontrolle von Keimbildung und Wachstum der Filamente m\u00f6glich. Durch die Anpassung der MoS2\u2011Morphologie und der Bauelementgeometrie k\u00f6nnen Ingenieur:innen die SET\/RESET\u2011Spannungen einstellen und die Filamentdicke begrenzen und damit Schaltstrom und Energiebedarf optimieren. All diese physikbasierten Erkenntnisse unterst\u00fctzen eine mechanismenbasierte Bauelementauslegung und Betriebsf\u00fchrung und erh\u00f6hen die Stabilit\u00e4t, Effizienz und Skalierbarkeit memristiver Hardware f\u00fcr neuromorphe Systeme.<\/p>\n<p>Mit Blick nach vorn: Sobald sich die Filamentdynamik programmatisch steuern l\u00e4sst und die Ger\u00e4tevariabilit\u00e4t beherrscht ist, k\u00f6nnten neuromorphe Systeme vom Laborprototyp zu wafergro\u00dfen Beschleunigern reifen, die direkt auf dem Chip lernen, im Mikrowatt\u2011Leistungsbereich arbeiten und sich einer gehirn\u00e4hnlichen Energieeffizienz ann\u00e4hern. Hybride Crossbars aus 2D\u2011Materialien, auf CMOS integriert, k\u00f6nnten dichte, 3D\u2011gestapelte \u201esynaptische Gewebe\u201c erm\u00f6glichen. Memristoren lernen so ein lebenslang On\u2011Chip, was die Anpassungsf\u00e4higkeit der Robotik vorantreibt. Mit nativer Plastizit\u00e4t auf Bauelementebene k\u00f6nnten k\u00fcnftige Maschinen sich kontinuierlich an ihre Umgebung anpassen, sensorische Datenstr\u00f6me in Echtzeit verdichten und interpretieren sowie robuste Intelligenz in batteriebetriebenen Wearables und autonomen Agenten liefern. Dies ist ein messbarer Schritt hin zu gehirninspirierten Rechnerarchitekturen, die die Grenzen klassischer digitaler Systeme hinter sich lassen.<\/p>\n<p><a href=\"https:\/\/www.rwth-aachen.de\/cms\/root\/wir\/aktuell\/pressemitteilungen\/august-2025\/~bpgnno\/echtzeit-schaltvorgaenge-in-memristoren\/?lidx=1\">RWTH Aachen Pressemitteilung\u00a0<\/a><\/p>\n<p>Quelle: <a href=\"http:\/\/doi.org\/10.1038\/s41467-025-62592-2\">nature.com<\/a><\/p>\n<h6>Die Abbildungen stammen aus der oben genannten Quelle. Sie sind nicht in ihrer Originalgr\u00f6\u00dfe und wurden zur besseren Verst\u00e4ndlichkeit angepasst.<\/h6>\n<p>&nbsp;<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Das Verst\u00e4ndnis der Dynamik leitf\u00e4higer Filamente in memristiven Bauelementen auf Basis zwei\u00addimensionaler (2D-)Materialien wurde durch ein Forschungsteam der AMO GmbH, der RWTH Aachen University (Lehrstuhl f\u00fcr Elektronische Bauelemente), und des [&hellip;]<\/p>\n","protected":false},"author":6698,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"c2c_always_allow_admin_comments":false,"footnotes":""},"categories":[1,11],"tags":[533,19,534,535],"class_list":["post-4929","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-allgemein","category-mikro-und-nanoeletronik","tag-2d-materialen","tag-memristive-bauelemente","tag-memristor","tag-transmission-electron-microscopy"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/blog.rwth-aachen.de\/elektrotechnik\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/4929","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/blog.rwth-aachen.de\/elektrotechnik\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/blog.rwth-aachen.de\/elektrotechnik\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/blog.rwth-aachen.de\/elektrotechnik\/wp-json\/wp\/v2\/users\/6698"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/blog.rwth-aachen.de\/elektrotechnik\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=4929"}],"version-history":[{"count":13,"href":"https:\/\/blog.rwth-aachen.de\/elektrotechnik\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/4929\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":4982,"href":"https:\/\/blog.rwth-aachen.de\/elektrotechnik\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/4929\/revisions\/4982"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/blog.rwth-aachen.de\/elektrotechnik\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=4929"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/blog.rwth-aachen.de\/elektrotechnik\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=4929"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/blog.rwth-aachen.de\/elektrotechnik\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=4929"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}