2016 Fiscal Year Annual Research Report
Implementation of information processing function on single-molecule-integrated networks and improvement of its reliability
| Project Area | Molecular Architectonics: Orchestration of Single Molecules for Novel Function |
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| Project/Area Number |
25110013
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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 Period (FY) |
2013-06-28 – 2018-03-31
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| Keywords | 単一分子デバイス / 情報処理 / 確率共鳴 / 信頼性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、単一分子系にふさわしいブール論理演算手法・アーキテクチャの開拓と実装のための要素技術の構築、および、確率共鳴現象にもとづく単一分子デバイス動作信頼性の向上である。
平成28年度は領域内での複数の共同研究を含め以下の成果を得た。
（１）単体でAND、OR、NOTゲートとして機能するグラフェン3分岐接合（TBJ）デバイスの動作特性改善のため、グラフェンナノリボン（GNR）をもちいたTBJ素子試作プロセスの構築、およびプロセスの高精度化を進めた。特に良好なオーミック接合形成のため、リソグラフィプロセスにおけるレジストと材料界面を原子結合レベルでの理解にもとづきリソグラフィ後の表面清浄レベルを高めた（A01小川・田中G、A03山田G共同研究）。（２）独自に創出した組合せ最適化問題を解く電子システム、電子アメーバの高度化を図り、問題の書き換えを可能にし、さまざまな種類の問題を解き解探索速度の統計的な評価が可能になった。また、ゆらぎの性質と解探索時間の関係を実験的に評価し、これらに明らかな相関があることを見いだした。（３）導電性短針と無機半導体ナノワイヤによって、独自開拓した金属ー分子局所容量結合にもとづく単一分子ナノ粒子の電荷ダイナミクス評価に成功した。さらにPOM粒子を分散させたカーボンナノチューブネットワークにおける電流パルス発生メカニズムを解明すべく、POM粒子の電荷ダイナミクスを計測し、TPP分子には見られない特異的な電荷充放電をおこすことがわかった（A01小川・田中G、A01田代G、A04赤井G、A4浅井G共同研究）。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
ほぼ計画通りに進捗している。
当該年度に計画していた課題が当初予定通り進捗した。計画に予定していなかった新たな展開として、領域の成果である分子分散カーボンナノチューブネットワークでのパルス発生のメカニズム理解のため、共同研究によって分子分散サンプルを用意し研究代表者が本領域研究で開発した分子電荷ダイナミクス検出技術を適用して分子電荷の動的変化を検証する共同研究を開始するに至った（A01田代Gとの共同研究）。単分子素子における確率共鳴の実験観測に先だち分子系での現象発現に関し理論的な検討を進めた。
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| Strategy for Future Research Activity |
（１グラフェンおよびグラフェンナノリボン(GNR)デバイスプロセスの分子レベルでの理解と高精度化、および本プロセスを適用した3分岐接合デバイス試作評価をとおした論理演算動作の改善実証。A01班のGNR合成技術およびA02班の分子計測技術に関する共同研究により進める。
（２）独自に創出した最適化問題解探索システムである電子アメーバにおける生物由来の解探索メカニズムおよび探索におけるゆらぎの効果に関する理解深化と解探索効率の向上、単一分子素子ゆらぎの解探索への適用や分子ネットワークによるシステム設計について知見を深める。A01班の分子ネットワーク合成およびA03班の単一分子素子ゆらぎ計測技術の共同研究によりこれを進める。
（３）独自開発の分子電荷ダイナミクス検出手法を分子分散カーボンナノチューブネットワークでのパルス発生および伝搬システムに適応し、分散分子電荷ダイナミクスの評価解析をとおしてパルス発生と伝搬機構解明を進める。A01班のネットワーク形成および分子合成、A04班のネットワーク特性評価解析技術に関する共同研究を活用し本課題に取り組む。
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