展示中
SEED
64

電子スピンで論理演算のアルゴリズムに技術革新を!

RESEARCHER
開発した電子スピンの回路を搭載した素子(左)と素子の全体像(右)。 電子スピンをつかった回路を搭載し入力・演算・出力を検証したシリコン基板を開発している。研究では、シリコン(Si)中の電子スピンについて、それぞれのシーズ技術の室温での検証を行い、1つのトランジスタでこの入力・演算・出力の動作を実現した。現在は複数のトランジスタを組み合わせた回路に研究を進めている。

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipiscing elit. Suspendisse varius enim in eros elementum tristique. Duis cursus, mi quis viverra ornare, eros dolor interdum nulla, ut commodo diam libero vitae erat. Aenean faucibus nibh et justo cursus id rutrum lorem imperdiet. Nunc ut sem vitae risus tristique posuere.

配線をした素子

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipiscing elit. Suspendisse varius enim in eros elementum tristique. Duis cursus, mi quis viverra ornare, eros dolor interdum nulla, ut commodo diam libero vitae erat. Aenean faucibus nibh et justo cursus id rutrum lorem imperdiet. Nunc ut sem vitae risus tristique posuere.

動作検証・測定の様子

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipiscing elit. Suspendisse varius enim in eros elementum tristique. Duis cursus, mi quis viverra ornare, eros dolor interdum nulla, ut commodo diam libero vitae erat. Aenean faucibus nibh et justo cursus id rutrum lorem imperdiet. Nunc ut sem vitae risus tristique posuere.

スピン演算のプロセス。電流・電圧、磁化揺らぎ、光、熱などの状態をスピンに情報として入力する。スピンの量と回転の方向を磁化によってコントロールを行い、回転の向きを変える、相互作用、減衰・増幅などの操作を加えて演算を行う。そして、電圧・電流、磁化、光などの物理量に出力する。

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipiscing elit. Suspendisse varius enim in eros elementum tristique. Duis cursus, mi quis viverra ornare, eros dolor interdum nulla, ut commodo diam libero vitae erat. Aenean faucibus nibh et justo cursus id rutrum lorem imperdiet. Nunc ut sem vitae risus tristique posuere.

電子スピンはほかの物理量に変換することができる。 なお、スピンをつくる材料として、シリコン(Si)を使っている。シリコンは半導体スピンデバイスにおいて圧倒的な技術の蓄積があり、既存技術にのっけることで電子デバイス技術との整合性を保ち、スムーズな応用を見据えた研究開発を行っている。また材料として、長スピン寿命、高精度なスピン制御が可能であるとともに、少数のスピンで蓄積電圧信号が可能である。

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipiscing elit. Suspendisse varius enim in eros elementum tristique. Duis cursus, mi quis viverra ornare, eros dolor interdum nulla, ut commodo diam libero vitae erat. Aenean faucibus nibh et justo cursus id rutrum lorem imperdiet. Nunc ut sem vitae risus tristique posuere.

電子スピンを使った情報の入力、演算、出力それぞれについてシーズ技術の動作検証を行った。  1. トランジスタにスピンをいれて、トランジスタの特性をスピンで変調した。  2. 磁化によりスピンの回転操作を行い、電圧をとりだした。  3. スピンのみで論理演算を行った。  すべて室温で検証し成功したのは世界初である。

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipiscing elit. Suspendisse varius enim in eros elementum tristique. Duis cursus, mi quis viverra ornare, eros dolor interdum nulla, ut commodo diam libero vitae erat. Aenean faucibus nibh et justo cursus id rutrum lorem imperdiet. Nunc ut sem vitae risus tristique posuere.

No items found.
どんなタネ?

スピントロニクスという分野で研究を行っています。特に電子スピンに着目し、電子デバイスの演算に関する研究をしています。通常の計算は電荷だけを情報として扱っていますが、電子のスピンは三次元の任意の方向を向くことができ、スピンの量と方向を操作すれば、圧倒的な情報量を扱うことができます。また電荷は移動に伴いジュール熱が発生し、無駄なエネルギー消費となりますが、スピンの移動にはジュール発熱がなく、エネルギー効率の高い情報輸送も可能です。さらにスピン情報を強磁性体の磁化に転写すれば情報の長時間保存もできます。研究では、1つのトランジスタでスピンによる入力、演算から出力までの動作に成功し、今後は複数のトランジスタを組み合わせた論理演算に挑戦します。

なぜ研究を始めた?

面白かったからです。子供のころには、革新的な発展を続けるパソコンや携帯電話、音楽プレイヤーなどの電子機器の動作原理に興味をもっていました。大学を卒業する際には就職するかどうか迷いましたが、物事をじっくり考えるタイプで、教育にも関心があったため、研究の道に進みました。

2007年、スピントロニクスにはじめて触れました。当時、半導体については教科書で勉強することができましたが、この分野は教科書さえない状態でした。日々新しい発見があり、物理の教科書を世界中の研究者で創り上げている様子が非常に魅力的に感じました。

研究が進展した暁には、スマートフォンなどの電子機器に自分の開発した技術が入ったら嬉しいです。

なにを変える?

論理計算の情報担体として電子スピンに着目することで、計算のアルゴリズムが大きく変わる技術革新を目指しています。例えば通常の電荷の回路だと、AND、ORなど回路の機能を変えたい場合は回路そのものを変えなくてはいけません。しかし、電子スピンの回路では、磁化をコントロールすることで機能を変えられます。1つのトランジスタで切替可能な分離演算が可能になり、今までのデバイスではありえない、動的に切り替わる回路も可能になります。

また、この技術が電子機器に搭載されると各段に性能があがります。パソコンの演算そのもののコストが下がることで、現在深刻な問題となっている電子機器全体の消費電力の削減に貢献できると期待しています。

なにが必要?

さらなる企業の参入が必要だと思います。例えば、ハードディスクの記録密度をあげるために貢献したのがスピントロニクスの技術であり、多くの企業の参入がありました。現在はスピントロニクス技術を用いたメモリの技術開発が進んでおり、多くの企業が参入しています。そのような製品への応用が見通せるプロジェクトには企業も積極的に取り組んでいますが、スピントロニクス分野全体の発展には、論理計算の部分など、長期的視野にたったさらなる参画が必要と考えます。

VIDEO MATERIAL
No items found.
INTERVIEW
桂産直便
電子スピンで論理演算のアルゴリズムに技術革新を!

2023.02.14

研究についてのコメントを残しましょう!
コメントを書く
OTHER SEEDS

その他のタネ

SEED
53

チップ上で血管網を構築し、生体材料のものづくりをする。

藤本 和也
工学研究科 マイクロエンジニアリング専攻