携帯電話からコンピューターにいたるまで、今日のあらゆる電子機器には半導体デバイスが用いられています。しかし、情報化社会の実現に貢献した半導体デバイスも、その進展は物理的・経済的な限界に近づいており、より高度に情報化された社会を実現するためには、半導体デバイスに代ってさらに発展が期待できる新しいナノデバイスの開発が急務となっています。
コンピューターのような電子機器は、巨大な数の電気的スイッチの集合体であり、そこでの新しいナノデバイスの開発とは、新しいスイッチの開発にほかなりません。私達は、電子の運動を制御する従来の半導体デバイスとは原理的に異なる、原子の移動を制御する、究極的なナノデバイス「原子スイッチ」を開発し、その実用化の研究を進めています。
原子スイッチは、約１nmの間隔で対向した固体電解質電極と金属電極の間隙において、両電極にかける電圧の極性に依存して、金属原子が固体電解質から析出して間隙を架橋してスイッチONする、あるいは再び固体電解質に固溶し、消滅して間隙を再び作る事でスイッチOFFすることによって動作します（図１）。この原子スイッチは、半導体デバイスに較べて、「寸法が小さい」、「消費電力が少ない」、「ON状態の抵抗が小さい」、「不揮発性である」などの優れた特性をもち、半導体デバイスが抱える問題を一挙に解決できる可能性があります。
このたび、私達は原子スイッチの集積化技術を確立し、それを用いて記憶や演算の回路を作製してそれらの優れた動作特性を確認することに成功しました。
図２は、開発した技術を用いて作製した２個の集積された原子スイッチの電子顕微鏡写真です。固体電解質として硫化銀（Ag2S）を、金属として白金（Pt）を用い、その細線（巾100nm）の交点に原子スイッチを形成しました。
図３に、２個または１個の原子スイッチを用いて構築した基本演算回路（AND、OR、NOT回路）のうち、AND回路の模式図とその優れた動作結果を示します。
これらの成果は、原子スイッチが直ちに実用化できること、そして原子スイッチを用いるだけでコンピューターにとって必要な演算回路や記憶回路が構築可能であることを示しています。
原子スイッチは、今後ほとんどすべての電子機器において使用され、高度情報化社会の持続的な発展に大きく寄与するものと期待できます。 |
| なお、本成果は、英国科学誌「ネイチャー」（１月６日発行）に掲載されたほか、朝日、読売、毎日、産経、日経などの新聞でも紹介されました。 |
