Breaking the quantum PIN code of atomic synapses

Atomic synapses represent a special class of memristors whose operation relies on the formation of metallic nanofilaments bridging two electrodes across an insulator. Due to the magnifying effect of this narrowest cross-section on the device conductance, a nanometer scale displacement of a few atoms grants access to various resistive states at ultimately low energy costs, satisfying the fundamental requirements of neuromorphic computing hardware. Yet, device engineering lacks the complete quantum characterization of such filamentary conductance. Here we analyze multiple Andreev reflection processes emerging at the filament terminals when superconducting electrodes are utilized. Thereby the quantum PIN code, i.e. the transmission probabilities of each individual conduction channel contributing to the conductance of the nanojunctions is revealed. Our measurements on Nb$_2$O$_5$ resistive switching junctions provide a profound experimental evidence that the onset of the high conductance ON state is manifested via the formation of truly atomic-sized metallic filaments

Késő jura-kora kréta földtani események a Gerecse és Bükk heygségekben = Late Jurassic-Early Cretaceous events in the Gerecse and Bükk Mts (N Hungary)

A Mellétei óceán jura obdukcióját követően a dinári peremre tolódott. Az alábukó kontinentális szegélyben képlékeny lapulás zajlott. Míg a Bükkben a lapulás mellett határozott, csapással párhuzamos nyírási irányt nem találtunk, addig egyes dinári hegységekben észak felé történt nyírást lehetett megfigyelni. E nyírás az ofiolit takaró titon ferde feltolódásával hozható kapcsolatba. Az alábukó kontinentális szegélyben ébredő felhajtóerő egyes szegély-darabokat felfelé nyomott. Ez a motorja annak a kora kréta alatti, a peremre merőleges irányú kompressziónak, amely nem csak a szegélyt, de annak előterét is érintette. A Bükkben e mozgás palás redőket ébresztett, míg a Gerecsétől a Bakonyig a jelenlegi fő csapásra merőleges kompressziós szerkezeteket gerjesztett. Ilyen szerkezetek a pilisi Kétágú-hegy takarója, a Gerecse előterében feltorlódott, Dachsteini Mészkő és radiolarit anyagú takarók, a Gerecse alatt található vak feltolódás, a Vértes és a Bakony számos harántirányú feltolódása és redője. A szerkezetalakulás alatt előtér-süllyedék és előtér-kiemelkedés keletkeztek, melyek üledékképződési és eróziós/kondenzációs térszínként működtek. Ilyen medence a berseki-lábatlani üledékgyűjtő, de a Tatai Mészkő medencéje is. A szerkezetalakulással egykorú üledékek átülepítési jellegeik, az idegen klasztok alapján három intenzív tektonikai időszakot jelölnek ki a felső jurában, a berriázi-valanginiben, és a felső barrémi-felső aptiban-alsó albaiban. | Following the oceanic obduction of the Meliata ocean, the ophiolite was thrust on the Dinaric margin. The subducted continental margin suffered flattening. While in the Bükk Mts this flattening did not go together with strike-parallel simple shear, in the Dinarides top-north shear was demonstrated. This Tithonian shear was the consequence of transpressional emplacement of the ophiolite nappe. In subducted continental margin buoyancy forces created upwards propagation of continental wedges. This process is the likely driving force of compression, affecting not only the margin, but its continental foreland, too. In Bükk upward motion created syn-cleavage folds, while in Gerecse and Bakony Mts it generated compressional structures at right angle to the present general strike. Such structures are the nappe fragment at Kétágú-hegy, the Radiolarite and Dachstein Limestone nappes NE of Gerecse Mt, the blind thrust beneath the same Mt, and numerous thrusts and folds in the Vértes and Bakony Mts. During this structural process foreland-type basins and forebulges were created, which were sediment traps and erosional/condensational surfaces. Such are the Bersek-Lábatlan basin, or that of the Tata Limestone. The redepositional features in these sediments indicate three tectonically intensive periods. These are related to the emplacement of the ophiolite on the margin (Late Jurassic) then during the Berriasian-Valanginian and LateBarremian-Early Albian periods

Hidrosztatikus nyomással kiváltott elektronszerkezeti változások szilárd testekben = Hydrostatic pressure induced changes in the electronic structure of solids

A pályázat célkitűzése volt fázisátalakuláshoz közeli rendszerek paramétereinek finom hangolása hidrosztatikus nyomás alkalmazásával, valamint az egyes fázisok jellemzése nyomás alatt végzett elektromos és mágneses mérésekkel. A nyomás elsődleges hatása az átfedési integrálok módosítása, különösen az általunk vizsgált rendszerek irányított pályái esetén. Ennek az egyik alapvető következménye a korrelált elektronrendszerek nyomás által indukált fém-szigetelő átmenete. Ezt a jelenségkört a BaVS3 d-elektron rendszerén, valamint kolosszális mágneses ellenállást mutatató manganátokban tanulmányoztuk. Nyomás hatására erősödik a mágneses félvezetők lokalizált momentumai közti csatolás, így a nyomás függvényében végzett kísérletek egyedülálló lehetőséget biztosítottak a ferromágneses fázis kialakulásának megértéséhez. A nagy mágneses terű mágnesezettség mérésekhez épített, magnetooptikai Kerr-effektuson alapuló mérőrendszerrel a mágnesezettséget 10-200 nm vastagságú rétegeken is nagy pontossággal meg tudtuk határozni. Az anomális Hall jel és a mágnesezettség között kísérletileg kimutatott skálatörvénnyel igazoltuk, hogy az anomális Hall jel térfüggése a mágnesesen felhasadt sávok eltolódásától származik. Az eredményeket 10 tudományos közleményben publikáltuk, összesített impakt-faktoruk: 41.770. A publikációk pdf formában letölthetők erről az internet címről: http://dept.phy.bme.hu/K62441 | The aim of the project was to fine tune the microscopic parameters by application of hydrostatic pressure in materials that are in the vicinity of a phase transition, and to characterize the various phases by transport and magnetic measurements. The primary effect of the pressure is the modification of the wave function overlap, especially in case of the oriented orbitals characteristic to the materials studied in the project. A basic consequence is the pressure induced insulator-metal transition. We have investigated this phenomenon in the d- electron system of BaVS3, as well as in various manganates exhibiting colossal magnetoresistance (CMR). The application of pressure enhances the coupling between the localized moments in magnetic semiconductors, and thus supplied unique opportunities to study the development of ferromagnetism in these systems. In order to determine the magnetization of 10-200 nm thin (In,Mn)Sb films we have developed a sensitive MOKE technique (magnetooptical Kerr effect). We have established a scaling relation between the anomalous Hall effect (AHE) and the magnetization, and demonstrated that the field dependence of the AHE is due to the shift of the magnetically split bands. The results were published in 10 papers, the cumulative impact factor of 41.770. The publications can be downloaded from http://dept.phy.bme.hu/K6244

Geomagnetic survey on Sinjsko polje repeat station and data reduction using the onsite dIdD variometer

U sklopu hrvatsko-mađarskog projekta po prvi puta u Republici Hrvatskoj geomagnetska izmjera izvedena je upotrebom terenskog dIdD (delta Inklinacija / delta Deklinacija) variometra. S obzirom da su opažanja vektora geomagnetskog polja dobivena u referentnom okviru instrumenta, potrebno je odrediti kalibracijske parametre čime se omogućuje transformacija u geografski koordinatni sustav XYZ. Tri i pol dana trajanja izmjere na sekularnoj točki Sinjsko polje (SINP) otkrilo je vremensku promjenjivost gradijenata geomagnetskog polja. Iako su opažanja bila pod utjecajem doprinosa dodatnog magnetskog polja, određivanje mirne razine razlika geomagnetskog polja između sekularne točke SINP i referentnog opservatorija THY (Tihany) omogućilo je pouzdaniju redukciju. Usporedba rezultata različitih metoda redukcija ukazala je na poboljšanje geomagnetske izmjere korištenjem terenskog variometra.Within the Croatian-Hungarian project for the first time in the Republic of Croatia the repeat stations survey was carried out using an onsite dIdD (delta Declination / delta Inclination) variometer. Since the geomagnetic field vector observations are obtained in the instrument’s reference frame, the calibration parameters have to be determined enabling the transformation to the geographic coordinate system XYZ. Three and a half days long occupation of the Sinjsko polje (SINP) repeat station revealed the temporal variability of the geomagnetic field gradients. Although observations were affected by extra magnetic field contributions, the determination of the quiet-time level geomagnetic field differences between the SINP repeat station and THY (Tihany) reference observatory enabled a more reliable data reduction. The comparison of results of different data reduction methods pointed out the improvement of the geomagnetic survey with the onsite variometer

Spin- és töltésdinamika szilárd testekben és nanoszerkezetekben = Spin and charge dynamics in solids and nanostructures

Napjaink szilárdtestfizikai kutatásainak központi területét jelentik azok a kvantum-jelenségek, amelyekben az elektron töltése és spinje egyaránt lényeges szerepet játszik. A projekt keretében ilyen jelenségeket tanulmányoztunk hagyományos módszerekkel (ESR spektroszkópia, elektromos és mágneses mérések), valamint olyan új spektroszkópia eljárásokkal, melyek nanotechnológiai megoldásokat alkalmaznak (alagút- és pont-kontaktus-spektroszkópia, Andrejev-spektroszkópia). A kísérleti és elméleti módszerekkel vizsgált anyagcsaládok egzotikus alapállapottal rendelkező erősen anizotrop kölcsönható elektronrendszerek, mint például: i, szupravezető átalakulás közelében lévő kuprátok, ii., ritkaföldfém vegyületek nem-konvencionális sűrűséghullámai, illetve iii., átmeneti fém oxidok a kvantum kritikus pont tartományában. A legfontosabb új eredmények a versengő kölcsönhatású rendszerek fázisdiagramjára, az antiferromágneses anyagok spin-gerjesztéseinek közvetlen meghatározására, valamint ferromágneses anyagokban a töltéshordozók spin-polarizáltságának mérésére vonatkoznak. Ez utóbbi, az alapvetően új nanotechnológiai méréstechnika alkalmazása mellett, a modern kvantum elméletek nanoszerkezetekre történő kiterjesztését is igényelte. Az eredményeket nívós nemzetközi folyóiratokban közöltük. A 40 kiemelt publikáció között 6 db. Physical Review Letters és 27 db. Physical Review B cikk szerepel. | Electrons have spin and charge, and the quantum phenomena where both of these properties are relevant represent the hottest subjects in condensed matter research today. We investigated these features by bulk characterization methods (ESR spectroscopy, transport and magnetization measurements) supplemented with novel spectroscopic ones utilizing nanotechnology (tunneling-, point-contact, and Andreev-spectroscopy). Highly anisotropic interacting electron systems with exotic ground states have been studied both experimentally and theoretically. The prime examples are: i., cuprates in the vicinity of a superconducting transition, ii., rare-earth compounds with unconventional density waves and iii., transition metal oxides close to a quantum critical point. The most important new results deal with the determination of phase diagrams for systems of competing interactions, direct measurement of spin excitations in antiferromagtic structures, and determination of spin polarization of the charge carriers in ferromagnetic structures. The latter required novel nanoscale techniques, and the application of quantum theories for nanostructures. The results were published leading scientific journals. The top 40 publication include 6 Physical Review Letters and 27 Physical Review B papers

FLAME RETARDED, REINFORCED POLYPROPYLENE TECHNICAL FIBRES

A new simple method has been elaborated for increasing the strength of oriented polypropylene fibres by additives. The principle of the process is the incorporation of inorganic fillers (such as talc or CaCO3 ) into polypropylene matrix material in a manner that allows maintaining the stretch ability of the fibre formed in this way. A new halogen free additive system has been developed which contains reactive P, N, Si and Zn derivatives that react with each other in the production line forming a flame retarded polypropylene fibre by reactive extrusion. The influence of the additive system under combustion is based on the formation of a closed intumescent surface layer, that hinders the heat and flammable material transport

Nanosecond resistive switching in Ag/AgI/PtIr nanojunctions

Nanometer-scale resistive switching devices operated in the metallic conductance regime offer ultimately scalable and widely reconfigurable hardware elements for novel in-memory and neuromorphic computing architectures. Moreover, they exhibit high operation speed at low power arising from the ease of the electric-field-driven redistribution of only a small amount of highly mobile ionic species upon resistive switching. We investigate the memristive behavior of a so-far less explored representative of this class, the Ag/AgI material system in a point contact arrangement established by the conducting PtIr tip of a scanning probe microscope. We demonstrate stable resistive switching duty cycles and investigate the dynamical aspects of non-volatile operation in detail. The high-speed switching capabilities are explored by a custom-designed microwave setup that enables time-resolved studies of subsequent set and reset transitions upon biasing the Ag/AgI/PtIr nanojunctions with sub-nanosecond voltage pulses. Our results demonstrate the potential of Ag-based filamentary memristive nanodevices to serve as the hardware elements in high-speed neuromorphic circuits

Autonomous neural information processing by a dynamical memristor circuit

Analog tunable memristors are widely utilized as artificial synapses in various neural network applications. However, exploiting the dynamical aspects of their conductance change to implement active neurons is still in its infancy, awaiting the realization of efficient neural signal recognition functionalities. Here we experimentally demonstrate an artificial neural information processing unit that can detect a temporal pattern in a very noisy environment, fire a single output spike upon successful detection and reset itself in a fully unsupervised, autonomous manner. This circuit relies on the dynamical operation of only two memristive blocks: a non-volatile Ta$_2$O$_5$ device and a volatile VO$_2$ unit. A fading functionality with exponentially tunable memory time constant enables adaptive operation dynamics, which can be tailored for the targeted temporal pattern recognition task. In the trained circuit false input patterns only induce short-term variations. In contrast, the desired signal activates long-term memory operation of the non-volatile component, which triggers a firing output of the volatile block.Comment: 11 pages, 6 figure