Logo: to the web site of Uppsala University

uu.sePublications from Uppsala University
Change search
ExportLink to record
Permanent link

Direct link
BETA

Project

Project type/Form of grant
Project grant
Title [sv]
Bristande kommunikation? - kemiska förändringar i gränsskikt mellan 2d material för effektiv neuromorfisk funktion
Title [en]
Communication breakdown? – chemical dynamics in 2d materials’ interfaces for efficient and sustained neuromorphic function
Abstract [sv]
Mitt forskningsprojekt syftar till att accelerera utvecklingen av memristorer genom att studera hur kombinationer av 2d material beter sig då sådana komponenter används. Memristorers resistans varierar beroende på spänningshistoriken (till skillnad från en vanlig resistor). Tack vare den egenskapen kan de härma hur nervceller kommunicerar via synapser – därför kallas dessa materialkombinationer eller kretsdelar neuromorfiska. Ihopkopplade memristorer kan användas för att utföra energi-snåla uträkningar som baseras på neurala nätverk. I projektet kommer vi studera egenskaper som uppträder i kombinationer av material i memristorer uppbyggda av tvådimensionella metallsulfider, metaller och oxider. Memristorers kemiska stabilitet påverkar hur information förflyktigas, reproducerbarhet och livslängd. Vi vill förstå funktionalitet genom att studera hur spänningar, kemisk och fysisk struktur och elektronisk struktur förändras över tid. Jag kommer använda hårdröntgen fotoelektronspektroskopi (HAXPES) för att följa kemiska shift i komponenter då de används. Målet med projektet är att utforska nätverksegenskaper hos samverkande memristorer: hur brus och diffusion mellan kretsdelar uppkommer och hur det kan förhindras. Jag kommer leda projektet inom ramen för ett doktorandprojekt (4 år) och övriga två deltagande forskare kommer att vara biträdande handledare. Förutom att vara projektledare så kommer jag vara ansvarig för materialanalysen medan de medverkande forskarna bidrar med expertis inom materialsyntes och mätningar av elektroniska egenskaper hos komponenter.Målet med projektet är att utveckla hållbara effektiva neuromorfiska komponenter tillverkade av etiskt hållbara och återanvändbara material. Kunskapen som utvecklas här kommer att vara värdefull för forskare inom akademin och industrin som måttstock för att välja material och analysmetoder för att accelerera utveckling inom fältet, t.ex. för energisnåla beräkningar gjorda i neurala nätverk byggda av memristorer.
Abstract [en]
The purpose of the research project I propose is to accelerate development of memristors by materials engineering, using two-dimensional materials as building blocks. These devices mimic the function of neural synapses, hence the neuromorphic moniker. Memristors can be used to do energy-efficient computing based on neural networks. I will study emergent properties of material combinations in memristors made from transition metal sulfides viz. stability, information retainment, reproducibility, and longevity. One goal is to understand their functionality by understanding the interplay between bias voltage, chemical and physical structure, and electronic structure. The study will use hard X-ray photoelectron spectroscopy (HAXPES) to track chemical shifts in devices while they are running. The project´s ultimate goal is to explore network properties of memristors: cross-talk/interdiffusion between devices. I will lead this project within the framework of a Ph.D.-student (4 years) and the two participating researchers will co-supervise. I will manage the project and also lead the material analysis part, co-applicants provide expertise in synthesis and device physics respectively. The ultimate goal is to develop sustainable efficient neuromorphic devices manufactured using ethical and recyclable materials. Knowledge gained here will be of interest to researchers in academia and industry and will guide material choices and analysis methods to accelerate development in the field.
Publications (1 of 1) Show all publications
Elbouazzaoui, K., Andersson, E. K. W., Weng, Y.-C., Friesen, D., Edström, K., Giangrisostomi, E., . . . Hahlin, M. (2025). Interfacial Structure and Reactions in Li6.7Al0.3La3Zr2O12-Doped Polycarbonate-Based Composite Polymer Electrolytes. ACS Applied Polymer Materials, 7(5), 3112-3121
Open this publication in new window or tab >>Interfacial Structure and Reactions in Li6.7Al0.3La3Zr2O12-Doped Polycarbonate-Based Composite Polymer Electrolytes
Show others...
2025 (English)In: ACS Applied Polymer Materials, E-ISSN 2637-6105, Vol. 7, no 5, p. 3112-3121Article in journal (Refereed) Published
Abstract [en]

Solid composite polymer electrolytes (CPEs) are complex mixtures of ceramics, polymers, and lithium salts, where the interfaces between the different phases play an important role for stability, conductivity, and compatibility with electrode materials. In this study, two interfacial phenomena of CPEs consisting of lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO) ceramic fillers in poly(trimethylene carbonate) (PTMC) with lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (LiTFSI) salt are studied. First, the LLZO-polymer electrolyte interfaces are investigated. Second, the stability of this CPE material vs a Li-metal electrode is explored, by employing soft X-ray photoelectron spectroscopy (PES) in combination with in situ deposition of Li. Three different LLZO loadings in PTMC are investigated: 30, 50, and 70 wt %. The concentration of LiTFSI follows that of the particle concentration at the surface of the samples, where the CPE with 50 wt % bulk content of LLZO exhibits the highest surface concentrations of both salt and ceramic. This shows an affinity for the salt at the LLZO surface. Furthermore, the stability of the CPEs against Li is studied after in situ Li deposition and shows that PTMC can decompose, potentially forming polypropylene at the CPE|Li interface, with the CPE at 50 wt % of LLZO showing the most pronounced PTMC and TFSI breakdown. This is in agreement with the observed properties for the polymer-ceramic interfaces and highlights the decisive role of LiTFSI accumulation on the surface of the ceramic particles, both for ionic transport and chemical stability.

Place, publisher, year, edition, pages
American Chemical Society (ACS), 2025
Keywords
composite polymer electrolyte, PTMC, LLZO, interface, photoelectron spectroscopy
National Category
Materials Chemistry
Identifiers
urn:nbn:se:uu:diva-543089 (URN)10.1021/acsapm.4c03865 (DOI)001435197000001 ()40110245 (PubMedID)2-s2.0-86000736358 (Scopus ID)
Funder
EU, Horizon 2020, 860403Swedish Foundation for Strategic Research, 139501338EU, Horizon 2020, 771777Swedish Energy Agency, P2021-90225Swedish Research Council, 2023-05291StandUp
Note

Title in the list of papers of Kenza Elbouazzaoui's thesis: Interfacial Structure and Reactions in LLZO-doped Polycarbonate-based Composite Polymer Electrolytes

Available from: 2024-11-18 Created: 2024-11-18 Last updated: 2025-10-22Bibliographically approved
Nyberg, Tomas
Principal InvestigatorLindblad, Andreas
Mutta, Venkata
Coordinating organisation
Uppsala University
Funder
Period
2024-01-01 - 2027-12-31
National Category
Atom and Molecular Physics and OpticsCondensed Matter PhysicsOther Materials Engineering
Identifiers
DiVA, id: project:9138Project, id: 2023-05291_VR