量子ドット集積体と反応拡散アーキテクチャを組み合わせた情報処理デバイスの開拓

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14350174
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 雨宮 好仁 北海道大学, 大学院・工学研究科, 教授 (80250489)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 浅井 哲也 北海道大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (00312380) ; 福井 孝志 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 (30240641)
• Keywords: 量子ドット / 反応拡散 / 単電子 / トンネル現象 / 自己組織化 / 非線形振動

Research Abstract

「単電子現象/量子ナノ構造」と「化学現象/反応拡散系のメカニズム」を組み合わせた新しいデバイス「量子ドット反応拡散デバイス」を提案した。
反応拡散系とは、化学反応と物質拡散が混在した非平衡な化学反応系のことを言う。これは化学振動子の集合体であり、各々の化学振動子は物質拡散を介して相互に作用を及ぼし合う。反応拡散系は自然界のいたるところにあって、生き生きとしたダイナミクスを生み出す舞台となっている。生命現象に見られる形態形成や自己組織化なども反応拡散系が示す挙動の一例である。
このような反応拡散系を量子ドットで模倣する方法---量子ドット反応拡散デバイスの構成方針---を提案した。すなわち、化学振動子に代えて量子ドットの単電子トンネル振動子を使用する。そして近接する量子ドット振動子の間には、トンネル待ち時間を利用して、拡散現象に類似した相互作用を発生させる。この量子ドット振動子を二次元配列した形の反応拡散デバイスを設計した。そのダイナミクスをシミュレーションで解析し、化学的な反応拡散系に類似した形態形成や自己組織化の現象が生じることを示した。さらに、量子ドット反応拡散デバイスの実現に向けて、製作方法の一指針を提案した。

Research Products

• [Publications] Oya T., et al.: "A majority logic device using an irreversible single-electron box"IEEE Trans. Nanotechnology. Vol.2,No.1. (2003)
• [Publications] Asai T., et al.: "A CMOS reaction-diffusion circuit based on cellular-automaton processing emulating the BZ reaction"IEICE Trans. Fundamentals on Electronics, Communications, and Computer Science. Vol.E85-A, No.9. 2093-2096 (2002)
• [Publications] Oya T., et al.: "A majority-logic nanodevice using a balanced pair of single-electron boxes"Journal of Nanoscience and Nanotechnology. Vol.2,No.3/4. 333-342 (2002)