- Address
- 305-0044 茨城県つくば市並木1-1 [アクセス]
外部併任先
- 東京電機大学 客員教授
- 大阪大学 招聘教授
研究内容
- Keywords
新演算機構、ロジックインメモリ、多値演算
出版物2004年以降のNIMS所属における研究成果や出版物を表示しています。
論文
- Ryoma Hayakawa, Yuho Yamamoto, Kosuke Yoshikawa, Yoichi Yamada, Yutaka Wakayama. Reconfigurable artificial synapses with an organic antiambipolar transistor for brain-inspired computing. Journal of Materials Chemistry C. (2025) 14234-14241 10.1039/d5tc01712b Open Access
- S. Fatemeh Mousavi, Aisha Ahsan, Aaron Oechsle, Narmadha Devi, Yoshitaka Matsushita, Luiza Buimaga-Iarinca, Cristian Morari, Waka Nakanishi, Katsuhiko Ariga, Yutaka Wakayama, Yusuke Yamauchi, Thomas A. Jung, Jonathan P. Hill. Emergence of conformational diversity and complexity of supramolecular structure by the interaction of a simple molecule with a uniform surface. Communications Chemistry. 8 [1] (2025) 214 10.1038/s42004-025-01607-x Open Access
- 早川 竜馬, パニグラヒ デブダッタ, 若山 裕. 有機アンチ・アンバイポーラトランジスタを用いた多機能論理回路. Accounts of Materials & Surface Research. 9 [1] (2024) 1-10 Open Access
書籍
- HAYAKAWA, Ryoma, CHIKYO, Toyohiro, WAKAYAMA, Yutaka. Quantum Molecular Devices Toward Large-Scale Integration. NIMS Monographs: System-Materials Nanoarchitectonics. Springer Nature, 2022, 15.
- WAKAYAMA, Yutaka, ARIGA, Katsuhiko. System-Materials Nanoarchitectonics. System-Materials Nanoarchitectonics. Springer, 2022, 338.
会議録
- MITSUI, Tadashi, WAKAYAMA, Yutaka, ONODERA Tsunenobu, HAYASHI Takeru, IKEDA, Naoki, SUGIMOTO, Yoshimasa, TAKAMASU, Tadashi, OIKAWA Hidetoshi. Light Splitting Function of Branched Chains of Transparent Microspheres. Proceedings of ICTON 2010. (2010) Tu.B4.4-1-Tu.B4.4-4
- Jonathan P. Hill, Yutaka Wakayama, Misaho Akada, Katsuhiko Ariga. Two-dimensional molecular array of porphyrin derivatives with bright and dark spots as a model of two-digit molecular-dot memory. SYNTHETIC METALS. (2009) 765-768 10.1016/j.synthmet.2008.12.016
- ARIGA, Katsuhiko, HILL, Jonathan, WAKAYAMA, Yutaka. Supramolecular chemistry in two dimensions:self-assembly and dynamic function. PHYSICA STATUS SOLIDI A-APPLICATIONS AND MATERIALS SCIENCE. (2008) 1249-1257
口頭発表
- 宇澤 拳太郎, 早川 竜馬, 岩崎 拓哉, 渡邊 賢司, 谷口 尚, 若山 裕, 森山 悟士. 新規ロジックデバイス応⽤に向けた⼆次元材料アンチ・アンバイポーラトランジスタの作製と 電気伝導特性評価. 第2回応用物理学会 関東地区 学生研究交流会. 2026
- BERA, Jayanta, HAYAKAWA, Ryoma, WAKAYAMA, Yutaka. Organic Antiambipolar Transistor for Low-Voltage Quaternary Logic Inverter. 12th International Conference on Molecular Electronics and Bioelectronics (M&BE 12). 2026
- 奥 伊吹, 和泉 龍成, 合田 智実, HAYAKAWA, Ryoma, 磯部 桃花, 大貫 良輔, WAKAYAMA, Yutaka, 吉岡 伸也, 金井 要. Optoelectronic synaptic device using poly (heptazine imide). M&BE12 (12th International Conference on Molecular Electronics and Bioelectronics). 2026
その他の文献
- 早川 竜馬, 知京 豊裕, 若山 裕. 機能性分子を量子ドットに用いた共鳴トンネルデバイス. Molecular Electronics and Bioelectronics 応用物理学会 有機分子・バイオエレクトロニクス分科会 会誌. (2018) 68-71
- 中払 周, マッカージー バブル, 若山 裕. 二次元層状物質を使った光多値メモリの開発. 月刊 機能材料. (2021) 58-64
- 廣芝 伸哉, 早川 竜馬, 若山 裕. On-terraceグラフォエピタキシによるC8-BTBTナノワイヤの異方成長制御. 応用物理学会有機分子・バイオエレクトロニクス分科会会誌. (2020) 109-114
公開特許出願
所属学会
応用物理学会, Materials Research Society, European Materials Research Society
受賞履歴
- 優秀論文賞（MNC2018） (2019)
- 応用物理学会解説論文賞 (2017)
- Best Poster Award (MRS Spring meeting 2010) (2010)
- 応用物理学会講演奨励賞 (1997)
外部資金獲得履歴
- 二次元ヘテロ界面の精密設計による革新的演算デバイスの開拓 (2024)
- 有機へテロ界面で制御する特異な電気伝導と革新的演算素子への応用 (2023)
- 次世代有機エレクトロニクスを拓く革新的演算機構 (2023)
- 光で制御する有機多値論理演算デバイスの開発 (2021)
- 集積度の飛躍的な向上を目指した有機負性抵抗トランジスタの開発 (2019)
- トランジスタ型超高感度イオンセンサーの開発とセシウムイオン検出への応用 (2016)
- 分子超格子を使った分子トンネル素子の開発 (2016)
- 分子で創る完全へテロ界面と新規分子デバイスへの応用 (2016)
- フォトクロミックエレクトロニクスに向けた光異性化分子の集積化と光電変換機能 (2015)
- 分子で創る超格子： 分子へテロ界面形成過程の直接観察からのアプローチ (2014)
- 分子ナノワイヤーを用いた多値論理デバイスの開発 (2012)
- 異種分子組織膜のメモリ機能への応用：シリコンプロセスとの融合を探る (2011)
- ナノワイヤアレイの創製とデバイス応用 (2009)
ナノアーキテクトニクス材料研究センター
次世代エレクトロニクスに向けたナノ物質アーキテクトニクス
薄膜トランジスタ、ヘテロ界面、多値演算、論理演算、ロジックインメモリ
概要
次世代ナノエレクトロニクスの新分野を開拓すべく、独自に開発したヘテロ界面トランジスタを駆使して、従来型の(0,1)の2値演算やCMOSを基軸とした回路設計を超える新しい演算機構を実現する。このトランジスタの中心部にはpnヘテロ界面が形成されており、ドレイン電流が急峻に増減するというユニークな特性を示す。この負性抵抗に類似する現象に着目して(0,1,2)の3つの演算値を示す3値演算素子の実証にも成功した。これらを発展させて4値以上の多値演算、再構成可能な論理演算素子、演算とメモリを融合したロジック-イン-メモリ、パルス信号で記憶を制御するニューロモルフィック素子など、新しいデバイス群の動作原理を確立する。
新規性・独創性
非ノイマン型演算機構を目指した新しいトランジスタの動作原理
異種材料界面を精密に設計することによる特異的な電流の増減を制御
集積度の限界・消費電力の増加・信号伝達速度の限界を超える次世代素子の開発
内容
多値演算素子の開発：図1に示すように、このトランジスタの中心部にはpnヘテロ界面が形成されており、そのためドレイン電流が急峻に増減するというユニークな特性を示す。特に電圧の増加に対して電流が減少するという負性抵抗を活用して、 (0,1,2)の3つの演算値を示す3値演算素子の実証にも成功した。従来型の(0,1)の2値演算では、N個の素子の集積度は2のN乗に比例するが、これを3値演算にしたことにより、その集積度は3のN乗に比例して増加できる。さらに最近では(0,1,2,3)の4つの演算素子も実現できた。
多値ロジック－イン－メモリの開発：図2に示すように演算とメモリの2つの機能をひとつの素子で動作させ、さらにこの2つの機能を同時に多値化した多値ロジック-イン-メモリの動作を実証した。従来のノイマン型素子では、演算と記録が分離していることが素子機能のボトルネックとなっているが、本成果はその課題解決に資するだけではない。演算とメモリの両方を同時に多値化させることに成功しており、集積度と記録密度の飛躍的な向上や消費電力の抑制に繋がる成果である。
まとめ
次世代AI素子としてナノエレクトロニクス素子の開発が活発に進められているが集積度の限界や増加する消費電力など課題が山積している。これらの諸課題解決に向けて本研究は新しい素子構造・新しい材料・新しい動作原理を提案している。
