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新原理コンピューティング研究センター

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研究チーム紹介

スピンデバイスチーム

磁気トンネル接合素子(MTJ)に代表されるような高品位スピントロニクス薄膜素子の開発と、それを基にした新しいコンセプトのスピンデバイスの研究開発を行っています。不揮発性メモリSTT-MRAM、物理乱数発生器(Spin Dice)、磁気センサーなど、これまでのデバイス開発に加えて、ニューロモルフィック(脳型)コンピューティングの研究や、超高感度FMR測定装置の開発、新コンセプトの理論提唱などに注力しています。チームメンバーの高度な研究能力と技術を反映させることにより、新スピンデバイスの実現を目指しています。

   

不揮発メモリチーム

不揮発性メモリチームでは、スピンを利用した不揮発性メモリ、"磁気抵抗効果型ランダムアクセスメモリ(MRAM)"の要素技術開発に取り組んでいます。既存の電流によるスピン制御に比べて飛躍的な低書き込みエネルギーが期待されている電圧スピン制御技術に着目し、(@) 電圧制御型トンネル磁気抵抗素子用の新規材料探索、(A) 電圧磁化反転技術の開発、および(B)電圧誘起スピン現象の物理解明を行っています。低駆動電力とゼロ待機電力を両立する電圧制御型MRAMやスピンロジック素子を実現し、IoTエッジデバイスやモバイルAIコンピューティングなどの低消費電力化を目指します。

   

デバイス理論チーム

新原理コンピューティングに必要とされる、新しい動作原理に基づくデバイスの理論・シミュレーション研究を行っています。最近の主な研究テーマは、MRAMやHDDにおける高速・低エネルギー書き込み方法の提案、2次元電子系を用いた新原理トランジスタの提案およびシミュレーション手法の開発、第一原理シミュレーションを用いた高磁気異方性・高電界応答性を持つ強磁性薄膜の設計、スピントロニクスデバイスを利用した脳型計算手法の提案などです。

短電圧パルス印加による磁気異方性の増大を用いた低消費電力磁化反転の模式図 R. Matsumoto and H. Imamura, Phys. Rev. Applied 14, 021003 (2020).

スピン機能材料チーム

次世代の情報通信技術シーズを創出するために、異種材料の組み合わせにより新しいスピン機能材料技術を開発するとともに、その応用へ向けた研究を推進しています。具体的には、不揮発性記憶機能と省電力性能を合わせ持つスピントランジスタや円偏光出力が可能なスピンレーザの基盤技術の開発を推進しています。

 

スピン機能材料の開発と新規光デバイスへの展開


 

スピントランジスタの開発

量子エンジニアリングチーム

量子エンジニアリングチームでは、量子力学・量子光学・物性理論・デバイス物理・量子情報理論が生み出す様々なシーズと電子工学・制御工学・計算機工学・情報工学がもたらす多様なニーズとを垂直統合的に分野融合させた「量子エンジニアリング」の創出と実践を目指しています。現在の具体的なテーマは、(1)量子コンピュータ(中規模量子コンピュータNISQ、誤り耐性量子コンピュータ)、(2)超伝導量子アニーリングマシン・イジングマシン、(3)量子情報理論 、(4)ダイヤモンド量子センサーなどです。 我々のチームは、内閣府量子技術イノベーション戦略における量子技術イノベーション拠点「量子デバイス開発拠点」の中核として、NEDOプロジェクト等の日本を代表する複数の大型量子国家プロジェクトを推進しています。また、日本電気株式会社との強固な産官連携のもとに超伝導量子コンピュータ(NISQ)及び超伝導量子アニーリングマシンの商用化と社会実装を目指しています。
   

超伝導量子デバイスチーム

超伝導量子デバイスチームでは、NISQ(Noisy Intermediate-Scale Quantum)コンピュータの実現に向け、超伝導量子ビットの高コヒーレンス化・高集積化を設計とプロセスの観点から研究を行っています。量子ビットへ入力した微弱なマイクロ波信号を増幅し、量子ビットの単一試行測定を可能とするジョセフソンパラメトリック増幅器の広帯域化・低雑音化の研究を進めています。

   

TEL-産総研 先端材料・プロセス開発連携研究室

東京エレクトロン株式会社と産総研が連携し、半導体デバイスの超高集積化・低消費電力化を実現するための次世代電子デバイスの新材料・新プロセス技術の開発および量産技術の実現を目指した研究開発を行います。