Demarăm astăzi o serie de scurte interviuri cu beneficiari ai unor proiecte PNRR finanțate prin Investiția I8 Dezvoltarea unui program pentru atragerea resurselor umane înalt specializate din străinătate în activități de cercetare, dezvoltare și inovare, demarate în 2023 și care se încheie în acest an. A fost o inițiativă curajoasă a (la acel moment) Ministerului Cercetării, Dezvoltării și Inovării ce viza crearea de echipe de cercetare performante prin atragerea unor cercetători de top.
Chestionarul interviului este standard, fiecare cercetător primind același set de întrebări, tocmai pentru a surprinde, pe de-o parte, principalele realizări ale proiectelor, dar și problemele cu care s-au confruntat în implementarea lor, dar și de a realiza o radiografie – bilanț a acestei scheme de finanțare.
Pentru primele interviuri am mers la Institutul Național de Cercetare-Dezvoltare pentru Fizica Materialelor de la Măgurele, unul dintre institutele de cercetare cu rezultate foarte bune în ultimii ani.
Titlul proiectului (RO/EN): Sinapse artificiale bazate pe joncțiuni tunel feroelectrice, pentru calcul neuromorfic si analog/Artificial synapses based on ferroelectric tunnel junctions for neuromorphic and analogue computing”- ARSYF, PNRR/2022/C9/MCID/I8 – 760239
Coordonator: Dr. Athanasios Dimoulas.
1. Care a fost scopul principal al proiectului, ce problematică v-ați propus să adresați prin implementarea acestuia? PNRR-760239/2024 constă în producerea și caracterizarea unor dispozitive de tip memristor, pe bază de diode tunel feroelectrice, care să acționeze ca sinapse artificiale cu potențial de aplicații în calculul neuromorfic şi analogic.
Care au fost obiectivele majore ale proiectului și în ce măsură considerați că au fost atinse până la momentul de față? Vor fi ele îndeplinite odată cu finalizarea proiectului? Sunt avute în vedere două materiale feroelectrice mai puţin uzuale, cercetate în special în ultimii 10 ani datorită compatibilității lor cu tehnologia CMOS bazată pe Si, respectiv HfO2 dopat cu Zr (HfZrO2-HZO) şi AlN dopată cu Sc (AlScN-ASN). Cele două materiale s-au dovedit a fi feroelectrice pentru anumite concentraţii de Zr (în jur de 50 %) şi Sc (în jur de 30 %). Straturile subţiri de HZO şi ASN vor fi depuse prin diferite tehnici, cum ar fi MBE, pulverizare în RF cu magnetron, PLD, pe diferite tipuri de substraturi, cum a fi SrTiO3 (STO) monocristalin dopat cu vacante de oxigen, GaN de tip n crescut epitaxial pe safir, SiC dopat n, TiN/Si, Pt/Si, LSMO/STO. Apoi, prin metode de metalizare şi litografie, se vor realiza nişte dispozitive de tip memristor, care vor fi caracterizate în amănunţime din punct de vedere structural şi al proprietăţilor electrice. Până în momentul de față s-a reușit demonstrarea comportamentului memristiv pe structuri care au la bază straturi subțiri de HZO. Probabil că până la +finale obiectivele din propunere vor fi îndeplinite în proporție de 75-80 %. Este totuși un proiect de cercetare fundamental, nivelul TRL previzionat la final fiind cel mult 4.
Care considerați că sunt cele mai importante rezultate științifice obținute în cadrul proiectului (publicații, brevete, prototipuri etc.)? Cel mai important rezultat consta in dobândirea de noi cunoștințe. Am învățat multe lucruri în timpul derulării proiectului, în primul rând că unele rezultate sunt greu sau chiar imposibil de obținut experimental chiar dacă teoria spune că sunt posibile. Am reușit să publicăm si câteva lucrări in jurnale bune și foarte bune, cum ar fi
- „Ferroelectric Hf0.5Zr0.5O2 Thin Films on TiN/Si Substrates Grown by Pulsed Laser Deposition at CMOS-Compatible Temperatures”, la Ceramics International (https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2025.08.321; Q1-Materials Science, Ceramics; FI=5.6);
- „Tailoring Polarization and Dielectric Properties in HZO Multilayers: Electrostatic Effects vs. Structural Instabilities”, la Journal of Alloys and Compounds (https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2025.184617; Q2-Materials Science, Multidisciplinary dupa FI; Q1 dupa JCI-Journal Citation Indicator; FI=6.3)
- „Electronic–Structural Phase Correlations in Oxygen-Deficient Hafnia Nanocrystals” la Small (https://doi.org/10.1002/smll.202508888, Q1-Chemistry, Physical; FI=12.1).
- „Polarization switching in ferroelectric films triggered by charge injection/extraction at interfaces” la Materials Science and Engineering B (https://doi.org/10.1016/j.mseb.2025.119130, Q2 – Physics, Condensed Matter, FI=4.6)
Care este impactul proiectului asupra resursei umane implicate în proiect? Impactul a fost de stabilizare a unor tineri cercetători, cel puțin pe perioada proiectului am reușit să le asigurăm condiții foarte bune de lucru și o salarizare decentă. Avantajul lor este că au învățat și multe lucruri utile de la seniorii implicați în proiect.
Ce elemente de noutate aduce acest proiect față de nivelul de cunoaștere existent la nivel național sau internațional? La nivel național impactul este foarte ridicat, cercetările in domeniul sinapselor artificiale și al rețelelor neuronale artificial fiind abia la început. Am arătat că sa pot face și în țară dispozitive de tip memristor care să funcționeze ca sinapsă artificială. La nivel internațional am arătat ca o tehnica avansată numită microscopie de forță atomică în mod conductiv poate fi utilizată pentru testarea directă a proprietăților feroelectrice pe probe cu dimensiuni de 100-500 nm diametru iar acum încercăm să vedem dacă putem pune în evidență comportament memristiv pe probe cu dimensiuni atât de mici.
Ce impact a avut sau estimați că va avea proiectul asupra comunității științifice (colaborări, vizibilitate, direcții noi de cercetare)? În primul rând speram să se consolideze un grup de lucru în țară care să continue cercetările în acest domeniu foarte fierbinte la nivel internațional. Deja am încercat două proiecte europene în colaborare, fără succes din păcate, dar vom continua să insistăm. Faptul că am fost invitați în astfel de consorții, organizații de cercetare din străinătate, dovedește că am căpătat o oarecare vizibilitate prin rezultatele publicate în proiect.
Care au fost principalele provocări/dificultăți resimțite în implementarea proiectului? Birocrația excesivă și întârzierile mari la procesarea cererilor de rambursare, ceea ce a creat unele dificultăți la nivelul instituției gazdă.
Ce urmează după finalizarea proiectului? Cum veți continua cercetarea sau valorificarea rezultatelor obținute? Ce oportunități de dezvoltare a proiectului preconizați? Noi vrem să dezvoltăm domeniul dar totul depinde de sursele de finanțare. Cercetarea experimentală nu este deloc ieftină, necesită infrastructură costisitoare (camere curate, microscoape de înaltă rezoluție, mașini de depunere straturi subțiri, etc.). În funcție de sursele de finanțare vedem cum putem continua și ce se mai poate face. Avem contacte și cu niște IMM-uri inovative care ar dori dezvoltarea de chipuri neuromorfice pe baza rezultatelor noastre dar se lovesc de același lucru, lipsa unor finanțări suficient de mari pentru a implementa măcar o linie de micro-producție.
Mai multe informații despre proiect sunt disponibile pe site-ul oficial.
Dr. Athanasios Dimoulas – scurtă prezentare
Dr. Dimoulas, coordonatorul proiectului Sinapse artificiale bazate pe joncțiuni tunel feroelectrice, pentru calcul neuromorfic si analog, a obţinut titlul de doctor în Fizică Aplicată în anul 1991, la Universitatea din Creta şi FORTH, în Grecia. Apoi a obţinut o bursă EU-Human Capital & Mobility Fellow la Universitatea din Groningen (Ţările de Jos) unde a stat până în anul 1994, şi o bursă la CALTECH, unde a stat până în anul 2006. A mai fost cecetător asociat la Universitatea din Maryland până în 1999, cercetător vizitator la IBM Zuerich în 2006 şi 2007, iar între 2016 şi 2018 a fost numit LANEF Chair of Excellence la CEA-INAC şi Universitatea Grenoble Alpes, Franța. În prezent, dr. Athanasios Dimoulas este director cu cercetarea la NCSR-DEMOKRITOS, în Atena, Grecia. El este fondatorul şi şeful Laboratorului de Epitaxie şi Ştiinţa Suprafeţelor (ESSL) încă din anul 1999. Este membru al comitetului de consultanță al guvernului grec pe probleme de Ştiinţe Fizice.
A fost ales şi profesor plin de Fizică Experimentală a Materiei Condensate în cadrul Departamentului de Fizică al Universităţii Naţionale Kapodistriene din Atena. Are peste 200 de lucrări publicate, cu mai mult de 7000 de citări (H=45), şi peste 60 de prezentări invitate la conferințe internaționale. A fost şi este director la mai multe proiecte de cercetare, inclusiv un ERC Advanced Grant.
Material realizat în cadrul proiectului PNRR I 10 SciResCareer – Centru regional de Orientare și Consiliere în Cariera de Cercetător – București-Ilfov – de la educație preuniversitară la cercetare avansată.
