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FPGAに実装された人工知能の支援による原子接合の作製技術と量子状態の制御

研究課題

研究課題/領域番号 18H01471
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
審査区分 小区分21050:電気電子材料工学関連
研究機関東京農工大学

研究代表者

白樫 淳一  東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (00315657)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円)
2020年度: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2019年度: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円)
2018年度: 7,540千円 (直接経費: 5,800千円、間接経費: 1,740千円)
キーワード人工知能 / 原子接合 / エレクトロマイグレーション / FPGA / ナノデバイス
研究成果の概要

本研究では、人工知能(AI)を用いて金属細線でのエレクトロマイグレーション現象を制御し、金属原子を室温で一つずつ移動させることが可能な、AIに支援された原子の移動・操作技術の開発を行った。ここで、AIがフィードバック制御型エレクトロマイグレーション(FCE)法の実験パラメータを自律知能的に決定し、原子スケールの接点構造である原子接合や原子ギャップを作製し、原子1個~数個の島電極を有する“単原子”トランジスタの実現を目指す。これより、エレクトロマイグレーションを用いてAIに支援された原子スケールデバイス技法の開拓を行い、人間の経験に頼らない、AIを利用した単一原子機能の発現・制御手法を確立した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究では、AIが、人間の経験的な作業に依存することなく実験的な研究活動を自律的・知能的に行うことが可能な独自システムの開発を行った。近年のAIの進歩は目覚ましく、これまで人間が経験的に行ってきた知的作業の代表格である「研究」という活動にAIを利用できるのではないか!?と仮説した。一般に、ナノスケールで発現される量子現象の観測では、実験サンプルの作製から物性測定に至るまで、その実験制御パラメータは非常に膨大となり、長時間の試行錯誤のもと、人間が経験的に当該パラメータを決定していた。この作業をAIが代替できれば、人間よりも遥かに効率的かつ精緻に実験研究の進展が期待できる。

報告書

(4件)
  • 2020 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2019 実績報告書
  • 2018 実績報告書
  • 研究成果

    (17件)

すべて 2020 2019 2018 その他

すべて 雑誌論文 (8件) (うち査読あり 6件、 オープンアクセス 6件) 学会発表 (8件) (うち国際学会 8件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Machine learning-based approach for automatically tuned feedback-controlled electromigration (Featured Article)2020

    • 著者名/発表者名
      Yuma Iwata, Takuya Sakurai and Jun-ichi Shirakashi
    • 雑誌名

      AIP Advances

      巻: 10 号: 6 ページ: 065301-065301

    • DOI

      10.1063/1.5143051

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Gold nanogap-based artificial synapses (STAP Article)2020

    • 著者名/発表者名
      Keita Sakai, Tomomi Sato, Riku Kiyokawa, Ryoya Koyama, Mamiko Yagi, Mitsuki Ito and Jun-ichi Shirakashi
    • 雑誌名

      Jpn. J. Appl. Phys.

      巻: 59 号: 5 ページ: 050601-050601

    • DOI

      10.35848/1347-4065/ab8168

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Fabrication of atomic junctions with experimental parameters optimized using ground-state searches of Ising spin computing2019

    • 著者名/発表者名
      Shotaro Sakai, Yosuke Hirata, Mitsuki Ito, Jun-ichi Shirakashi
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 9 号: 1 ページ: 16211-16211

    • DOI

      10.1038/s41598-019-52438-5

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Synaptic behaviors of electromigrated Au nanogaps2019

    • 著者名/発表者名
      Keita Sakai, Tomomi Sato, Soki Tani, Mitsuki Ito, Mamiko Yagi, Jun-ichi Shirakashi
    • 雑誌名

      AIP Advances

      巻: 9 号: 5 ページ: 055317-055317

    • DOI

      10.1063/1.5096817

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] GAを用いた実験パラメータ進化手法とAu原子接合の自動形成2019

    • 著者名/発表者名
      櫻井拓哉、竹林敬太、平田鷹介、白樫淳一
    • 雑誌名

      電子情報通信学会技術研究報告

      巻: 119 ページ: 43-46

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [雑誌論文] Fabrication of single-electron transistors with electromigrated Ni nanogaps2018

    • 著者名/発表者名
      Ito Mitsuki、Yagi Mamiko、Shirakashi Jun-ichi
    • 雑誌名

      AIP Advances

      巻: 8 号: 7 ページ: 075210-075210

    • DOI

      10.1063/1.5031822

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Simultaneous arrayed formation of single-electron transistors using electromigration in series-connected nanogaps2018

    • 著者名/発表者名
      Ito Mitsuki、Yagi Mamiko、Shimada Moe、Shirakashi Jun-ichi
    • 雑誌名

      AIP Advances

      巻: 8 号: 10 ページ: 105005-105005

    • DOI

      10.1063/1.5043449

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 人工知能により支援されたAu原子接合の作製と量子状態の観測2018

    • 著者名/発表者名
      岩田侑馬、酒井正太郎、沼倉憲彬、白樫淳一
    • 雑誌名

      電子情報通信学会技術研究報告

      巻: 117 ページ: 45-50

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Information Processing Using Reservoir Computing with Dynamical Node of Electromigrated Au Nanogaps2020

    • 著者名/発表者名
      K. Sakai, T. Miki, R. Kiyokawa, R. Koyama, K. Watanabe and J. Shirakashi
    • 学会等名
      2020 International Symposium on Nonlinear Theory and Its Applications (NOLTA2020), November 16-19, 2020, Okinawa, Japan. (Online Conference)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Spin Connection Topology and Multi-Bit Spin Interaction Coefficients of Ising Spin Model with Digital Logic Gates2020

    • 著者名/発表者名
      T. Miki, M. Shimada and J. Shirakashi
    • 学会等名
      2020 IEEE International Conference on Design & Test of Integrated Micro & Nano-Systems (IEEE DTS), June 7-10, 2020, Hammamet, Tunisia. (Online Conference)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Computational Properties of Ising Spin Model on Spin Connection Parameters2019

    • 著者名/発表者名
      T. Miki, M. Ito, Y. Hirata, Y. Kushitani, M. Shimada and J. Shirakashi
    • 学会等名
      19th IEEE International Conference on Nanotechnology (IEEE NANO 2019), July 22-26, 2019, Macao, China.
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Calculation Behavior of 2D Ising Spin Computing with Different Spin Decision Logics2019

    • 著者名/発表者名
      M. Shimada, M. Ito, Y. Hirata, Y. Kushitani, T. Miki and J. Shirakashi
    • 学会等名
      19th IEEE International Conference on Nanotechnology (IEEE NANO 2019), July 22-26, 2019, Macao, China.
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Synaptic Learning Behavior of Multiple-Connected Au Nanogaps Using Electromigration2019

    • 著者名/発表者名
      T. Sato, K. Sakai, K. Minami, S. Tani, M. Ito, M. Yagi and J. Shirakashi
    • 学会等名
      3rd International Conference on Applied Surface Science (ICASS 2019), June 17-20, 2019, Pisa, Italy.
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Fabrication of Au Atomic Junctions Using Artificial Intelligence Implemented on FPGA2018

    • 著者名/発表者名
      T. Sakurai, Y. Hirata, K. Takebayashi, Y. Iwata and J. Shirakashi
    • 学会等名
      AVS Pacific Rim Symposium on Surfaces, Coatings and Interfaces (PacSurf 2018), December 2-6, 2018, Waikoloa, HI, USA.
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Electromigration-Induced Structural Modification of Series-Parallel-Connected Au Nanogaps2018

    • 著者名/発表者名
      K. Minami, S. Tani, K. Sakai, T. Sato, M. Ito, M. Yagi and J. Shirakashi
    • 学会等名
      AVS Pacific Rim Symposium on Surfaces, Coatings and Interfaces (PacSurf 2018), December 2-6, 2018, Waikoloa, HI, USA.
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Single-Electron Tunneling Effects in Electromigrated Coulomb Island between Au Nanogaps2018

    • 著者名/発表者名
      S. Tani, M. Ito, M. Yagi, M. Shimada, K. Sakai, K. Minami and J. Shirakashi
    • 学会等名
      13th IEEE Nanotechnology Materials and Devices Conference (IEEE NMDC 2018), October 14-17, 2018, Portland, OR, USA.
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [備考] 白樫研究室HP

    • URL

      http://web.tuat.ac.jp/~nanotech/index.htm

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書 2019 実績報告書 2018 実績報告書

URL: 

公開日: 2018-04-23   更新日: 2022-01-27  

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