Thèse soutenue

Propriétés neuromorphiques des materiaux de Mott sous un champ électrique
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Auteur / Autrice : Rodolfo Rocco
Direction : Marcelo Rozenberg
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Physique
Date : Soutenance le 16/12/2022
Etablissement(s) : université Paris-Saclay
Ecole(s) doctorale(s) : Physique en Ile de France
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de physique des solides (Orsay, Essonne)
référent : Faculté des sciences d'Orsay
graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Physique (2020-....)
Jury : Président / Présidente : Marino Marsi
Examinateurs / Examinatrices : María José Sánchez, Dirk Wouters, Damien Querlioz, Isao H. Inoue, Laurent Cario
Rapporteurs / Rapporteuses : María José Sánchez, Dirk Wouters

Résumé

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Les isolants de Mott sous un champ électrique externe présentent une transition isolant-métal (IMT) qui leur permet de reproduire le train de <<spikes>> des neurones biologiques. Ces matériaux ont aussi la possibilité d'achever un niveau de miniaturisation supérieur à celui des dispositives CMOS, et donc ils pourraient être utilisé pour réaliser des réseaux des neurones numérique plus efficients. Néanmoins, la IMT est un phénomène physique complexe qui dérive de l'interaction entre beaucoup d'électrons sous un fort champ électrique et il pose des difficultés importantes concernant la description théorique de ces matériaux. Dans cette thèse nous adoptons un modèle mésoscopique et phénoménologique qui s'appelle Réseau des Résistors de Mott (MRN). Grâce à ce model nous sommes capable d'expliquer la nature de la IMT sous un champ électrique, qui est le produit des effets et thermique et électronique, et plus précisément l'effet Joule et la concentration de courent électronique dans les domaines métalliques du matériel. Nous identifions le collapse de la résistance du matériel comme un process stochastique, et plus précisément un évènement de Poisson, en analogie avec les <<spikes>> des modelés mathématiques des neurones avec une probabilité de type exponentielle. Nous démontrons aussi que la nature stochastique de la chute de la résistance, qui est observé dans la variabilité de délais entre l'application du champ électrique et le collapse de la résistance, peut être changée par la conductivité thermique du matériel et aussi le rapport entre la résistivité isolant et la résistivité métallique. En outre, nous étudions les oscillations qui émergent sous hauts champs électriques, et aussi la dynamique des matériaux VO2 couplés, en particulier les interruptions de la séquence régulier de spikes produits par une haute capacité électrique de couplage. Nous comparons nos résultats avec des expérimentes conduites sur les vanadates et les nickélates, en trouvant un très bon accord.