2015 Fiscal Year Annual Research Report
単一分子集積ネットワークによる情報処理機能実装と信頼性向上
| Project Area | Molecular Architectonics: Orchestration of Single Molecules for Novel Function |
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| Project/Area Number |
25110013
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
葛西 誠也 北海道大学, 量子集積エレクトロニクス研究センター, 教授 (30312383)
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| Project Period (FY) |
2013-06-28 – 2018-03-31
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| Keywords | 単一分子デバイス / 情報処理 / 確率共鳴 / 信頼性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は単一分子系にふさわしいブール論理演算手法・アーキテクチャの開拓と実装のための要素技術の構築、および、確率共鳴現象にもとづく単一分子デバイス動作信頼性の向上である。
平成27年度は領域内での連携を含む研究に取り組み以下の成果を得た：（１）グラフェン３分岐ナノ接合(TBJ）ユニバーサル論理ゲートの論理振幅増大および伝達効率改善のためのグラフェンナノリボン（GNR）TJB素子作製プロセスの構築をすすめ、プロトタイプ素子において非線形伝達特性を観測した（A01小川G、A03山田G共同研究）。（２）電子実装アメーバ型計算システムの多変数化を進めるとともに解探索能力が外部から与えるゆらぎと相関することを実験的に明らかにし、さらに1/f雑音がネットワーク内の素子ばらつきのスクリーニングに有効であることを発見した。（３）分子分散GaAsナノワイヤFETドレイン雑音計測によるに基づく分子同定法の提案と実証のためのZnTTPおよびTPP分散時雑音の評価解析を行った。また静電塗布法の導入により単分子均一表面分散を可能にした。（４）前項目の検出原理を応用した分子ネットワークの微小電荷時空間分解検出デバイスのコンセプト立案・デバイス試作・基礎特性の評価を進めた（A01小川G共同研究）。（５）AFM導電性短針と半導体表面トラップの容量結合による単一電子トラップ計測において時定数が短針バイアスに依存することを実験的に確認した。（６）単分子膜ダイオードにおいて高電界下での電流ゆらぎ発生と発生インパルスが印加電圧に対して急峻な非線形性を有することを確認した（A03多田G共同研究）。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
研究目的のうち、単一分子に相応しいブール論理演算手法とアーキテクチャを開拓し実装のための要素技術の構築については、半導体ナノワイヤFETを用いた分子の動的電荷情報読み出し技術、導電性AFMと半導体ナノワイヤを用いた単一分子電荷検出の着想と基本モデルの構築、グラフェンTBJデバイスによるブール論理完全性の実験実証、アメーバ型計算アーキテクチャの電子実装の成功、さらに、分子ネットワーク中の電荷の時空間分解検出手法の概念創出に至り、想定以上の進展があった。また、研究目的のうち、確率共鳴現象を応用した単一分子デバイス動作信頼性向上技術の創出については分子デバイスでの確率共鳴発現のための要素準備が整った。
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| Strategy for Future Research Activity |
１）グラフェンナノリボン（GNR）を用いた３分岐ナノ接合素子の動作改善のためにオーミック接合の低抵抗化を図る。
２）最適化問題を解く電子アメーバにおける効率的解探索に結びつくゆらぎ導入の検討、および、解探索アルゴリズムを実装する分子ネットワークを設計する。これまでに取り組んでいた無機半導体によるデバイスアーキテクチャの要素機能を機能分子で表現する手法で取り組む。
３）自己組織化分子をもちいた単分子ダイオードの微細化と並列加算ネットワーク化により分子系での確率共鳴応答の増強効果を実証する。またこれを脳型情報処理要素機能であるパルス発生源に応用する。独自に確立した単一分子電荷検出・電荷制御技術を単一分子確率共鳴につなげる。
４）独自開発したAFM導電性短針による半導体単一電子トラップ検出技術を単分子電荷ダイナミクス計測に展開する。
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