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本研究では、金属細線での通電にて誘起されたエレクトロマイグレーション（EM）現象により、単一原子の移動・操作機構を利用した原子スケール構造制御技法を開発し、原子スケールサイズの構造体（原子接合や原子ギャップ）の作製と、そこから発現される新しい物性の探索・制御と機能の集積化を目的とする。具体的には、リアルタイムオペレーティングシステム（RTOS）を用いて金属ナノ細線でのEM制御システムを独自に構築する。この際、EM原子の移動を時間確定的に「その場」制御し、単一原子スケールでの移動・操作を精緻に調整しながら原子スケールの接点構造やギャップ構造を作製する。同時に、原子スケール構造体から発現される諸物性をナノギャップ電極を利用して電気的にプローブすることで、単一原子機能性の発現・制御手法としての原子デバイス技術の構築を目指す。
最終年度（平成28年度）では、時間確定的な処理を高精度に実行可能なRTOSを使用したEM制御システムを構築した。本システムをAuナノワイヤへ適用し、印加電圧パターンの調節により、Au原子接合の作製や量子化コンダクタンスの増加・減少を自在に制御することに成功し、原子接合での原子単位の移動制御が可能であることを明らかにした。さらに、これまでに蓄積したEM制御データを参照して自律的にEMの制御性を向上させる人工知能アルゴリズムを開発し、人工知能アプローチ型の新たなEM制御システムを構築した。具体的には、コンダクタンス制御時の実験パラメータを最適な値に自動的に調整する学習・評価・推論エンジンを作成し、EM制御時のコンダクタンス変動波形を評価することで、コンダクタンス制御パラメータの優劣を評価関数による得点を用いて判定した。これより、本システムは、コンダクタンス制御の評価を行うことができ、低評価な実験パラメータを自動的に更新することで、自律的なEM制御が可能である。
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