2022 年度研究成果報告書

金属絶縁体転移周辺の異常な物理現象の理解とニューロモルフィック素子開発の協奏

研究課題

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研究課題/領域番号	18H03686
研究種目	基盤研究(A)
配分区分	補助金
応募区分	一般
審査区分	中区分13:物性物理学およびその関連分野
研究機関	国立研究開発法人産業技術総合研究所
研究代表者	井上公国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 上級主任研究員 (00356502)
研究分担者	山田浩之国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 研究グループ長 (00415762) 渋谷圭介国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 主任研究員 (00564949) 矢嶋赳彬九州大学, システム情報科学研究院, 准教授 (10644346) 浅沼周太郎国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 主任研究員 (30409635) 押川正毅東京大学, 物性研究所, 教授 (50262043) 白川直樹国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 総括研究主幹 (60357241) 富岡泰秀国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 上級主任研究員 (60357572) Stoliar Pablo 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 主任研究員 (40824545)
研究期間 (年度)	2018-04-01 – 2023-03-31
キーワード	ニューロモルフィック / 強誘電金属 / 強誘電体 / 強誘電量子臨界点 / 超伝導 / リーク付き積分 / ニューラルネットワーク / 電界効果トランジスタ
研究成果の概要	SrTiO3 FETのleaky-integrate (LI) 特性を利用しLIFニューロン回路の作製に成功。動作パラメータを抽出しFPGAで仮想的リザバーを構築。長い時定数をもつ時系列信号(三角形の筆跡)の異常検知に成功しSrTiO3が脳型計算に貢献できることを実証。そのSrTiO3を強誘電体にしてから金属化すると、超伝導転移温度が大きく増大した。強誘電QCPとSrTiO3の超伝導の関係に再考を促す結果も得た。この研究はなぜSrTiO3でLIできるのかという問題の解明にも繋がりつつある。空間反転対称性の破れた超伝導と非線形回路の研究との接点で新しい電子素子の研究が生まれる期待も高まっている。
自由記述の分野	物性物理学
研究成果の学術的意義や社会的意義	本研究は基礎と応用の研究者が、両者の最前線の課題に一緒に挑戦しようという、学術的意義の高い試みである。一方は、SrTiO3の強誘電と超伝導がどのようにつながっているのかを探る基礎研究であり、他方は、SrTiO3 FETによる神経模倣素子の開発を進める応用研究である。しかし、両者が表裏一体をなしていることが実感できる研究成果が得られた。今後SrTiO3の大きな誘電率に根差す物理現象のさらなる探索と解明が進むにつれて長い時定数を持つSrTiO3 FETの可能性が広がっていくのは間違いない。リザバーのような非線形回路の研究が、空間反転対称性の破れた超伝導の使い方を示しつつあり、社会的な意義も大きい。