Graduate Program in Physics at UFSC, Florianópolis

 THE PHYSICS GRADUATE PROGRAM invites everyone to the seminar: 

  Memristors: a primer and perspectives 

Prof. Dr. Gilberto Medeiros

UFMG

 Abstract:

Memristors are one class of devices that cannot be described or emulated by association of resistors, capacitors and inductors. A pinched hysteresis is usually the fingerprint of memristive behaviour [1,2]. Beyond simple modelling presented in the early 70s [1,2], significant experimental progress has been achieved, to the point where now there are several companies and research teams working with these devices in a number of applications ranging from neuromorphic computing [3,4] to non-volatile memories [5]. Here I will discuss the anatomy of conductive channels in memristors, by means of structural and chemical characterization afterproper identification through pressure modulated conductance experiments [6]. Subsequently, the upper limits of switching speeds of these devices will be discussed [7], as well as our modelling results [8]. Finally, complementing the modelling picture I will conclude showing our latest results on noise characteristics of these intriguing devices [9].

References

[1] L. O. Chua, “Memristor – missing circuit element”. IEEE Trans. Circuit Theory CT-18, 507-519 (1971).

[2] L. O. Chua, & S. M. Kang, “Memristive devices and systems”. Proceedings of the IEEE 64,209-223 (1976).

[3] M. Prezioso, et al. “Training and operation of an integrated neuromorphic network basedon metal-oxide memristors”, Nature 521, 61-64 (2015).

[4] J.J. Yang, D.B. Strukov & D.R. Stewart, “Memristive devices for computing”, Nature Nanotech. 8, 13-24 (2013).

[5] for example, http://www.crossbar-inc.com/

[6] F. Miao et al., “Anatomy of a Nanoscale Conduction Channel Reveals the Mechanism of a High-Performance Memristor”, Adv. Mater. 23, 5633-5640 (2011).

[7] A. C. Torrezan, J. P. Strachan, G. Medeiros-Ribeiro, & R.S. Williams, “Sub-nanosecondswitching of a tantalum oxide memristor”, Nanotechnology 22, 485203 (2011).

[8] J.P. Strachan, et al. “State Dynamics and Modeling of Tantalum Oxide Memristors”, IEEETransactions on Electron Devices 60, 2194-2202 (2013).

[9] W. Yi, et al., “Quantized Conductance coincides with State Instability and Excess Noise inTantalum Oxide Memristors”, Nature Communications, in press.

Date: 17/March/2017 – (friday) – Place: Sala 212 – Auditório do Departamento de Física- Time: 10h15min

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Phase transitions and self-organized criticality in networks of stochastic spiking neurons. 

Prof. Dr. Osame Kinouchi

Departamento de Física – FFCLRP – USP

 Abstract:

Phase transitions and critical behavior are crucial issues both in theoretical and experimental neuroscience. We report analytic and computational results about phase transitions and self-organized criticality (SOC) in networks with general stochastic neurons. The stochastic neuron has a firing probability given by a smooth monotonic function Phi(V) of the membrane potential V, rather than a sharp firing threshold. We find that such networks can operate in several dynamic regimes (phases) depending on the average synaptic weight and the shape of the firing function Phi. In particular, we encounter both continuous and discontinuous phase transitions to absorbing states. At the continuous transition critical boundary, neuronal avalanches occur whose distributions of size and duration are given by power laws, as observed in biological neural networks. We also propose and test a new mechanism to produce SOC: the use of dynamic neuronal gains — a form of short-term plasticity probably in the axon initial segment (AIS) — instead of depressing synapses at the dendrites (as previously studied in the literature). The new self-organization mechanism produces a slightly supercritical state, that we called SOSC, in accord to some intuitions of Alan Turing.

Date: 19/December/2016 – (monday) – Place: Sala 212 – Auditório do Departamento de Física- Time: 10h30min

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  Kelvin: past, present and future.

Prof. Felix Sharipov

Departamento de Física/UFPR

 Abstract:

Four basic physical units of SI, viz., kilogram, ampere, mole, and kelvin will be redefined in 2018. Their definitions will be related to universal physical constants such as Planck constant, elementary charge, number of Avogadro and Boltzmann constant. At the moment, great efforts are being done to measure these constants with a high accuracy. The lecture gives a brief history of the kelvin definition. Its future definition via the Boltzmann constant will be presented. Experimental and theoretical results related to the future definition of kelvin are reviewed.

Date: 06/December/2016 – (tuesday) – Place: Sala 212 – Auditório do Departamento de Física- Time: 14 horas

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  Copper-based molecular machines 

Dr. Fabien Durola

CRPP, University of Bordeaux – França

Abstract:

The Nobel Prize in Chemistry 2016 was awarded jointly to Jean-Pierre Sauvage, Sir J. Fraser Stoddart and Bernard L. Feringa “for the design and synthesis of molecular machines”. Always Involving interlocked molecules such as catenanes and rotaxanes, the molecular machines developped by the group of Jean-Pierre Sauvage during the last 25 years are all based on the dynamic coordinating properties of transition metals, and mainly copper. From the first twisting catenane to the molecular press, this presentation will focus on the evolution of these copper-based molecular machines.

PS. From 2003 to 2008 Dr. Durola worked in Jean-Pierre’s group.

Date: 02/December/2016 – (friday) – Place: Auditório do Departamento de Química- Time: 10:00am

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Beleza e Verdade: Aspectos da Teoria Quântica de Campos na Física da Matéria Condensada 

Prof. Dr. Eduardo Cantera Marino

Instituto de física / UFRJ

 Abstract:

Descrevemos diversos exemplos de aplicação dos métodos da Teoria de Campos em sistemas de Matéria Condensada que revelam amplamente a presença destas duas qualidades. Abordamos, em particular, os seguintes casos:

o Mecanismo de Higgs-Anderson e o Efeito Meissner, em física de partículas e supercondutores; os Mecanismos de Yukawa e Peierls, em física de partículas e polímeros; a Teoria Relativística de Dirac no grafeno e no siliceno; as propriedades de anyons não-abelianos e a computação quântica, estados topologicos da materia e, finalmente, os Férmions de Weyl, recentemente descobertos nos semimetais TaAs e NbAs.

Date: 18/November/2016 – (friday) – Place: Sala 212 – Auditório do Departamento de Física- Time: 10h15min

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  Study of magnetic tunnel junctions with insulating barriers piezoelectric of AlN

Rafael Domingues Della Pace

UFSC/FSC

 Abstract:

The 90s saw a huge breakthrough in relations between resistivity and magnetic fields. The ordinaries and anisotropic magnetoresistence, know for more the century, were also included new phenomena such as giant magnetoresistance, colossal, inversion of magnetization by injecting currents and polarized quantum tunneling dependent on spin. These new effects enabled a huge advance in understanding of the fundamentals in solid state and a number of new technologies already in use or under development. Magnetic tunnel junction (MTJ) were first preformed experimentally in the early 70 [1], but reproducible results were achieved only 20 years later. Then follows extensive research in the fields magnetic tunnel junction with insulating barrier amorphous AlOx, TiOx e SiO2, coming to a limit on the tunnel magnetoresistance (TMR) de 70%, room temperature and low fields, using electrodes CoFeSiB and amorphous barrier AlOx[2,3]. Butler and Mathon in 2001 [4,5] predicted, through calculation from first principles, a tunnel junction Fe/MgO/Fe with epitaxial growth of MgO barrier and with directed <001>, a TMR above 1000% could be reached. A few years later experimental groups [6,7,8] obtained results for a rate of TMR 180% and 220%. With the development in this area, which is now called spin electronics or spintronics simply, other interconnections between magnetic and electric properties were explored, among these have highlighted the ferroelectric and multiferroic materials. Emerging a new concept in tunnel junctions, where we as a barrier piezoelectric and/or ferroelectric materials, which leads to the tunnel junctions ferroelectric (FTJ) and tunnel junctions multiferróicas (MFTJ) [9]. Magnetic tunnel junctions with aluminum nitride barrier (AlN – highly textured), and electrodes of CoFeSiB were studied. Both AlN barrier as the electrodes were grown by magnetron sputtering.It is grown barrier in a reactive atmosphere with 20% of nitroĝeino (N2). Structural characterization were made using diffraction of x-ray (XRD) and transmission electron microscopy (TEM), they showed that even for very thin thicknesses of AlN, around 6 and 8 nm was possible to obtain textured films in the direction (002) and thereby obtain the effect of piezoelectricity. Through the electrical measurements it was possible to show that there is an electric polarization in the joints, where it measures the mechanical stresses were applied to the junction occurred a significant change in IxV curve. It also found one electrical hysteresis curves in IxV.

[01] JULLIERE, M., Phyc. Rev. Lett. A, Vol.54,225, (1975);
[02] WANG, D.et. al., IEEE Trans. Mag., Vol 40, No 4 (2004);
[03] SAKURABA, Y., et al., 44, L1100 (2005);
[04] MATHON, J.; UMERSKI, A., Phys. Rev. B, Vol. 63, 220403,(2001);
[05] BUTLER, W. H.; et aL., Phys. Rev. B, Vol. 63, 054416 (2001);
[06] YUASA, S., et al., Jour. App. Phys., Vol. 43, No 3 , L 588, (2004);
[07] YUASA, et al.,, Jpn.J. Appl. Phys., Vol. 43, L588 (2004);
[08] PARKIN, S.,KRONMULLER, H., “Handbook of Magnetism and Advance Magnetic Materials , First Editions;
[09] TSYMBAL, E.Y., et. al.,Vol. 37, 2012, www.mrs.org/bulletin;

Date: 4/November/2016 – (friday) – Place: Sala 212 – Auditório do Departamento de Física- Time: 10h15min

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  Termalização e Excitação Rotacional de Pósitrons em Gases Moleculares 

Prof. Dr. Felipe Arretche – FSC/UFSC

Abstract:

A interação de pósitrons com átomos e moléculas constitui um tema moderno no contexto da Física Atômica e Molecular do século XXI. Em especial, as primeiras medidas diretas de termalização de pósitrons com gases moleculares foram reportadas na literatura científica somente em 2014 por Natisin et al. [M.R. Natisin, J.R. Danielson and C.M. Surko, J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. 47 225209 (2014)]. Em particular, neste seminário, veremos que o mecanismo de termalização de pósitrons com gás N2 ocorre via excitação (e desexcitação) rotacional e que os dados experimentais não são satisfatoriamente descritos pela teoria. Vamos então discutir como modelar teoricamente o cálculo de seções de choque rotacionais pósitron-molécula. Por fim, vamos apresentar resultados gerados pelo Grupo de Física Atômica e Molecular da UFSC para seções de choque rotacionais pósitron-H2 [G.L. Zanin, W. Tenfen and F. Arretche, Eur. Phys. J. D 70 179 (2016)], a saber, o sistema modelo que escolhemos para começar a atacar o problema experimental original.

Date: 21/October/2016 – (friday) – Place: Sala 212 – Auditório do Departamento de Física- Time: 10h15min

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  Desvendando a parte nebulosa de galáxias com BOND 

Profª. Drª. Natalia Vale Asari

UFSC/FSC

 Abstract:

O enriquecimento químico de uma galáxia está intimamente ligado à sua história de formação de estrelas. Todos os elementos químicos que não hidrogênio e hélio — na astronomia, por liberdade literária, denominados `metais’ — são formados por nucleossíntese ou no interior de estrelas ou em explosões estelares. Por isso, relações empíricas entre abundâncias de elementos químicas e outros parâmetros físicos de galáxias, como a famosa relação massa–metalicidade, servem de guia para estudos teóricos sobre a história e evolução química de galáxias. Essas relações empíricas são em geral baseadas na `metalicidade’ do gás medida com os chamados métodos de linhas fortes, que presumem que as nebulosas emitindo as linhas (regiões H II gigantes) são uma família de um parâmetro: a abundância de oxigênio. A natureza, no entanto, é muito mais complexa, e as metalicidades derivadas a partir desses métodos podem estar sistematicamente erradas. Apresento o método BOND (Bayesian Oxygen and Nitrogen abundance Determinations), que desenvolvemos para medir simultaneamente abundâncias de oxigênio e nitrogênio em regiões HII gigantes. O método compara linhas de emissão fortes e semi-fortes com uma grade cuidadosamente definida de modelos de fotoionização. O código e os resultados são públicos e estão disponíveis em http://bond.ufsc.br.

Date: 07/Ocober/2016 – (friday) – Place: Sala 212 – Auditório do Departamento de Física – Time: 10h15min

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Transições de fase e dinâmica em sistemas bidimensionais com iterações competitivas 

Prof. Dr. Lucas Nicolao – FSC/UFSC

 Abstract:

Neste seminário serão apresentados alguns resultados sobre a natureza das fases de baixa temperatura e processo de ordenamento dinâmico em sistemas 2D apresentando fases moduladas, formadas basicamente por padrões de faixas e bolhas. A fenomenologia básica será apresentada no contexto de alguns experimentos recentes em filmes magnéticos ultrafinos e outros sistemas. A abordagem para o estudo desses sistemas é através de simulações numéricas, bem como aproximações elásticas e de campo médio, de uma classe de modelos tipo Landau-Ginzburg para um ferromagneto acrescidos de uma interação repulsiva de longo alcance. Os tópicos discutidos incluirão fases líquido-cristalinas, transições inversas, crescimento de domínios e envelhecimento.

Date: 30/Sepetember/2016 – (friday) – Place: Sala 212 – Auditório do Departamento de Física- Time: 10h15min

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Interfaces doador:aceitador em dispositivos fotovoltaicos orgânicos – Da estrutura eletrônica à eficiência do dispositivo

Cleber Fabiano do Nascimento Marchiori

Pós-doutorando – UFSC

 Abstract:

Interfaces do tipo doador:aceitador desempenham um papel importante na conversão de energia em dispositivos fotovoltaicos orgânicos (OPV). É nesse tipo de interface que ocorre a dissociação dos pares elétron-buraco (éxcitons) gerados pela absorção de fótons na camada ativa. Ao longo da história dos OPVs, os fulerenos e seus derivados têm sido quase exclusivamente o material usado como aceitador de elétrons, enquanto uma variedade enorme de doadores (polímero, copolímeros e pequenas moléculas) tem sido reportados. Recentemente, dispositivos usando como camada ativa a mistura de uma classe em especial de copolímeros e derivados solúveis de fulereno atingiram eficiência de conversão de energia de 10%, possibilitando o início da comercialização desses dispositivos. Apesar de todos os avanços observados nos últimos anos ainda há muitos aspectos a serem estudados, principalmente o que diz respeito à estabilidade fotoquímica do fulereno e à estabilidade morfológica da interface doador:aceitador. Nesse seminário discutiremos, do ponto de vista teórico, a influência do acoplamento dos estados eletrônicos dos materiais doadores e aceitadores na eficiência de dissociação dos éxcitons e, do ponto de vista experimental, serão apresentadas algumas estratégias pra modificação da interface doador:aceitador como o objetivo de melhorar a eficiência de conversão de energia e a estabilidade morfológica do dispositivos.

 Date: 23/September/2016 – (friday) – Place: Sala 212 – Auditório do Departamento de Física- Time: 10h15min