2016 Fiscal Year Research-status Report
２次元光双安定素子を用いたソリッドステートナチュラルコンピューティング
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26540129
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
礒島 隆史 国立研究開発法人理化学研究所, 伊藤ナノ医工学研究室, 専任研究員 (40271522)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 光双安定素子 / 波面伝播 / ポジティブフィードバック / 相転移 / 熱拡散方程式 / 有限要素法 / 迷路探索 / 時空間パターン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、従来のナチュラルコンピューティングの実験的実装における問題を解消しうる新規媒体として、光と熱による固体素子の状態変化に基づく「ソリッドステートナチュラルコンピューティング」を提案している。2次元的な広がりを持った光双安定素子における2状態間の遷移領域すなわち波面の空間的伝播に着目し、理論と実験によって波面伝播ならびにそれを用いた迷路探索などのナチュラルコンピューティング動作を実証することを目的とする。また外部フィードバック系と組み合わせることで生物の神経系と同様のパルス伝播やカオスの発生といった機能の実現を目指す。
第3年度である本年度は、アクリル板セルと液晶5CB(4-cyano-4’-pentylbiphenyl)を用いた試作素子で波面伝播実験を引き続き行って簡単な迷路の探索を実証するとともに、より複雑なSteinbock迷路パターン探索に向けて理論的実験的検討を行った。時間依存三次元有限要素法による素子のシミュレーションを行って、経路幅3mm、素子サイズ約6×5cmの素子で、0.1-0.2W/cm2程度の比較的低い光強度で探索動作が実現可能であることを明らかにした。さらに波面が前進する伸長モードだけでなく、本提案の特長である縮退モード（行き止まり経路からOn領域が縮退していき最終的に正解経路のみが残る）が照射光強度を約10%低減することにより実現できることを数値シミュレーションにより確認した。実験的にSteinbock迷路の探索を実証するため、約6×5cmサイズの素子を作製して動作条件の最適化を行っている。また外部フィードバックによる不応期動作などの実験的検証を行うための外部フィードバック実験系の構築を行なうとともに、単一モード高出力レーザーを光源とするファブリペロー型素子向け実験系の構築に取り掛かった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
今年度は、理論および数値シミュレーションについては概ね予定通りの進捗となったが、実験については昨年度の遅れた状況から始めることとなったため遅れが続いている。外部不応性フィードバック照射実験系の構築においては、フィードバック制御ソフトウェアの構築に時間を要している。また現有レーザー系設備の（当初計画されていなかった）実験室移動があったために実験系の分解再構築および調整に時間を要し、レーザー光源を用いたパターン照射実験系の構築の開始が年度終盤にずれ込んだ。これらの問題のため、本課題は1年間の延長申請を行った。
理論と実験の進行度合いを鑑み、達成度区分としては「(3)やや遅れている。」とした。
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| Strategy for Future Research Activity |
延長した最終年度（平成29年度）は、不応性フィードバックによるパルス伝播の実験的検証を行うとともに、不応性フィードバック機構を組み込んだハイブリッド型パルス伝播素子の試作と動作検証を試みる。また遅延フィードバックによるカオス的時空間不安定性についての理論的実験的検討を進める。熱伝導-ファブリペロー共振器型素子の実験に用いるレーザー光源を用いたパターン照射実験系を完成し、熱伝導-ファブリペロー共振器型素子の動作検証を試みる。
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| Causes of Carryover |
【現在までの進捗状況】で記したように、実験の進捗の遅れによって、使用する予定であった消耗品等の調達が行えなかったことが、未使用額が生じた主たる原因である。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
延長した最終年度は、当初研究計画で予定していた全ての実験系の構築および素子試作を行う予定であり、またこれまでの研究成果の発表も積極的に行うため、次年度使用額はこれらの目的に使用する予定である。
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