2017 Fiscal Year Annual Research Report
Solid-state natural computing by two-dimensional optical bistable device
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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 | 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 |
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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」を提案した。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した。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した。
最終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行なうとともに、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用いた理論的検討を行った。実験で見られた問題点に、迷路のT字型交差点において始点からの波面が到達していないにもかかわらず自発的にon状態に遷移する場合があることが挙げられる。数値シミュレーションを広範な動作条件（迷路経路領域および壁領域の照射光強度）で行い、経路領域の光強度が高すぎるとこのような動作モードとなること、また壁領域の光強度が高すぎると壁侵蝕モード（本来offであるべき壁が隣接経路のturn-onに誘起されてonとなる）が起きることをを見出した。これらの動作モードがどの光強度領域で起きるかをマッピングした動作モード相図を作成し、迷路探索が正常動作する条件範囲を導出した。
今回新たに見出した動作モードは迷路探索には障害となるが、例えばT字型交差点の自発turn-onモードは光照射面積の大小判別など新たな機能の実現につながるものであり、二次元光双安定素子の新たなナチュラルコンピューティングの可能性を示す成果であると考えられる。
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