2023 Fiscal Year Annual Research Report
Development of physical property tuning devices based on solid state ionics and investigation of the interface functions
Publicly Offered Research
| Project Area | Science on Interfacial Ion Dynamics for Solid State Ionics Devices |
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| Project/Area Number |
22H04625
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
土屋 敬志 国立研究開発法人物質・材料研究機構, ナノアーキテクトニクス材料研究センター, 主幹研究員 (70756387)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 空間電荷層 / 電気二重層 / 物理リザバーコンピューティング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は，電子材料/固体電解質界面近傍における電気二重層効果と酸化還元反応，及びそれらの共存・相互作用の結果として生じる電荷キャリア(イオン・電子)蓄積現象を詳細に調査し，飛躍的に高い密度の電荷キャリア蓄積能・高速イオン輸送能を固固界面で発現させること，それを利用し磁気特性を劇的に変調し人工知能機能を発現する新デバイスを創製することである．今年度は強磁性Fe3O4薄膜へのリチウムイオン挿入に基づく酸化還元反応によりFe3O4薄膜中の電子キャリア密度を大幅に制御することによって磁化ベクトルを制御し、そのダイナミクスを用いて物理リザバーコンピューティングを行う新デバイスを開発した．非線型自己回帰移動平均モデル(NARMA)等の典型的ベンチマークテストを用いた性能評価に加えて、糖尿病患者の血糖値変化予測を行ったところ、いずれも高精度な予測をすることができた．本内容について原著論文として出版した．また，ダイヤモンド/固体電解質界面の電気二重層効果におけるイオンと電子キャリアの応答に関わる緩和時間の材料依存性を調査するために，従来用いてきたリチウム固体電解質薄膜に代えてプロトン固体電解質薄膜に注目して検討を行った．多孔質構造中に多くの吸着水を含有することで高いプロトン伝導性を示すイットリア安定化ジルコニア(YSZ)薄膜をパルスレーザー堆積法で成膜し，ダイヤモンド型電気二重層トランジスタを作製した．ゲート電極から電圧パルスを入力し，ドレイン電流の変化を測定したところ，27マイクロ秒という非常に短い緩和時間が得られ，既報の電気二重層トランジスタと比較して最も高速であった. さらにこのデバイスを用いて非線形変換などの物理リザバーコンピューティングを実施することができた．本内容について原著論文として報告した．
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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[Presentation] High-Performance Redox-based Ion-Gating Reservoir using (104) oriented LiCoO2 film, Assisted by Physical Masking2023
Author(s)
SHIBATA, Kaoru, NISHIOKA, Daiki, NAMIKI, Wataru, WADA, Tomoki, TSUCHIYA, Takashi, Tohru Higuchi, TERABE, Kazuya
Organizer
36th International Microprocesses and Nanotechnology Conference (MNC 2023)
Int'l Joint Research
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[Presentation] Spoken digit recognition using an electric double layer-based ion-gating reservoir2023
Author(s)
YAMAGUCHI, Yu, NISHIOKA, Daiki, NAMIKI, Wataru, TSUCHIYA, Takashi, IMURA, Masataka, KOIDE, Yasuo, Tohru Higuchi, TERABE, Kazuya
Organizer
The 6th International Conference on Memristive Materials, Devices & Systems (MEMRISYS 2023)
Int'l Joint Research
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[Presentation] A Redox-Based Ion-Gating Reservoir, Utilizing (104) Oriented LiCoO2 Film and Physical Masking2023
Author(s)
SHIBATA, Kaoru, NISHIOKA, Daiki, NAMIKI, Wataru, WADA, Tomoki, TSUCHIYA, Takashi, Tohru Higuchi, TERABE, Kazuya
Organizer
The 6th International Conference on Memristive Materials, Devices & Systems (MEMRISYS 2023)
Int'l Joint Research
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[Presentation] High Performance Physical Reservoir Computing Achieved by Chaotic Dynamics of Ion, Electron and Spin2023
Author(s)
TSUCHIYA, Takashi, NAMIKI, Wataru, NISHIOKA, Daiki, Tohru Higuchi, TERABE, Kazuya. High Performance Physical Reservoir Computing Achieved by Chaotic Dynamics of Ion, Electron and Spin
Organizer
2023 International Conference on Simulation of Semiconductor Processes and Devices (SISPAD2023)
Int'l Joint Research / Invited
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[Presentation] Deep Physical Reservoir Computing Achieved by Electric Double Layer Ion-Gating Reservoir2023
Author(s)
NISHIOKA, Daiki, TSUCHIYA, Takashi, NAMIKI, Wataru, IMURA, Masataka, KOIDE, Yasuo, Tohru Higuchi, TERABE, Kazuya
Organizer
2023 International conferences on solid state devices and materials (SSDM2023)
Int'l Joint Research
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[Presentation] 固体電解質界面近傍のイオニクス現象を利用するニューロモルフィックデバイス2023
Author(s)
土屋 敬志, 並木 航, 西岡 大貴, 和田 友紀, 山口 優, 柴田 馨, 髙栁 真, 鶴岡 徹, 新ヶ谷 義隆, 井村 将隆, 小出 康夫, 樋口透, 寺部 一弥.
Organizer
新材料・新原理で築くニューロモルフィックシステム
Invited
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[Presentation] 固固界面近傍のイオニクス現象を利用する情報処理デバイス2023
Author(s)
土屋 敬志, 並木 航, 西岡 大貴, 和田 友紀, 山口 優, 柴田 馨, 髙栁 真, 鶴岡 徹, 新ヶ谷 義隆, 井村 将隆, 小出 康夫, 樋口透, 寺部 一弥
Organizer
第85回固体イオニクス研究会
Invited
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[Presentation] Ion-gating Reservoir for Time-series Pattern Recognition and Prediction Tasks2023
Author(s)
TSUCHIYA, Takashi, NISHIOKA, Daiki, NAMIKI, Wataru, TAKAYANAGI, Makoto, IMURA, Masataka, KOIDE, Yasuo, Tohru Higuchi, TERABE, Kazuya
Organizer
11th International Conference on Materials for Advanced Technologies (ICMAT2023)
Int'l Joint Research
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[Presentation] Ion and Electron Dynamics at Semiconductor/Solid Electrolyte Interfaces and the Application to Neuromorphic Computing2023
Author(s)
TSUCHIYA, Takashi, NISHIOKA, Daiki, NAMIKI, Wataru, TAKAYANAGI, Makoto, IMURA, Masataka, KOIDE, Yasuo, Tohru Higuchi, TERABE, Kazuya
Organizer
ICMAT 2023 Post Symposium Interface Ionics for All-Solid-State Batteries
Int'l Joint Research
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