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 Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
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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 Fiscal Year |
2013-06-28 – 2018-03-31
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| Project Status |
Granted(Fiscal Year 2016)
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| Budget Amount *help |
¥85,540,000 (Direct Cost : ¥65,800,000、Indirect Cost : ¥19,740,000)
Fiscal Year 2016 : ¥15,730,000 (Direct Cost : ¥12,100,000、Indirect Cost : ¥3,630,000)
Fiscal Year 2015 : ¥21,580,000 (Direct Cost : ¥16,600,000、Indirect Cost : ¥4,980,000)
Fiscal Year 2014 : ¥16,120,000 (Direct Cost : ¥12,400,000、Indirect Cost : ¥3,720,000)
Fiscal Year 2013 : ¥32,110,000 (Direct Cost : ¥24,700,000、Indirect Cost : ¥7,410,000)
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| Keywords | 単一分子デバイス / 情報処理 / 確率共鳴 / 信頼性 / ネットワーク |
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| Outline of Annual Research Achievements |
１）グラフェン３分岐ナノ接合（TBJ）論理ゲート実現とユニバーサリティ実証：グラフェンをT字型に加工した単純な３分岐ナノ接合がNOT、AND、ORの３つの論理ゲートとして機能することを実験実証することに成功した。本結果によりグラフェンTBJが論理完全性を備えていることが証明された。
２）アメーバ型計算機の電子実装と最適化問題解探索能力の実証：粘菌アメーバの挙動から得られた最適化問題解探索アルゴリズムを電子的に実装する独自のアーキテクチャにもとづき、小規模制約充足問題（CSP）および制約充足可能性問題（SAT）を解く電子回路を試作し、解探索に成功した。またエラー導入により自発的解空間探索能力が発現することを明らかにした。
３）GaAsナノワイヤFETを用いた単一分子電荷センシング：単一分子の電荷状態とゆらぎの動的検出のため、GaAsナノワイヤFETにポルフィリン（TPP）分子を塗布しFET電流雑音評価を行い、分子の離散的電荷状態がFET雑音に反映されることを見出した。ゲート金属端に存在する分子のみが選択的に雑音に寄与するモデルを立て、実験結果を定性的に理解した。
４）金属短針AFMを用いた単一電子トラップ電荷ダイナミクス検出技術の開拓：半導体表面に局在する個々の表面トラップの動的電荷状態を検出する手法を新たに提案した。GaAsナノワイヤに金属AFM短針を接触させるとナノワイヤ電流に単一電荷充放電を示すランダムテレグラフシグナル（RTS）雑音が誘起されることを確認し、提案コンセプトを実証した。
５）GaAsナノワイヤ電子ブラウンラチェットの効率向上：電子アメーバ計算機のコアとなるデバイスとしてナノワイヤ電子ブラウンラチェットを取りあげ、動作効率の向上のための素子構造の最適化を行った。ナノワイヤの微細化による効率向上を実験的に見出し、ポテンシャル非対称性のナノワイヤ幅依存性に由来することを示した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
トランジスタを用いることなくグラフェンTBJのみであらゆる論理ゲートを構築可能である事を実験的に示したことは、単一分子素子での論理ゲート実現の指針を与えるものであり、本研究課題の大きな成果である。また、分子ネットワークへの情報書き込みや読み出し手段として取り組んでいる分子電位制御の半導体ナノワイヤによる電荷検出は着実に進展している。一方、単一分子素子での確率共鳴の観測まで至っていないが、確率共鳴発現の基礎となる系の不安定性を確認することができ、現象観測の準備は整った。よって、概ね順調に進展していると評価した。
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Report
(2results)
Research Output
(58results)
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[Presentation] 最適化問題解探索電子アメーバ2014
Author(s)
葛西誠也、青野真士、成瀬誠、巳波弘佳、若宮遼
Organizer
第61回応用物理学会春季学術講演会
Place of Presentation
青山学院大学（相模原市）
Year and Date
20140317-20140320
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