絶縁体を電気が流れる磁石に ―情報記憶容量の大幅向上に新たな道― 北海道大学 電子科学研究所 教授 太田裕道 POINT

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1 絶縁体を電気が流れる磁石に ―情報記憶容量の大幅向上に新たな道― 北海道大学 電子科学研究所 教授 太田裕道 POINT
解禁時間：　ﾃﾚﾋﾞ・ﾗｼﾞｵ・ｲﾝﾀｰﾈｯﾄ　　　 平成 28年 3月 30日（水）午前 2時 　　　　　　　　新聞　　　　　 　 　　　　平成 28年 3月 30日（水）朝刊 絶縁体を電気が流れる磁石に ―情報記憶容量の大幅向上に新たな道― 北海道大学 電子科学研究所　教授　太田裕道 ・情報“0”“1”に加え、情報“A”“B”を同時に記憶する装置を開発 ・USBメモリなどの情報記憶装置の記憶容量が原理的に２倍に向上 ・室温・空気中で、安全に使用可能 POINT

2 現在のフラッシュメモリの情報記憶方法 半導体が、電気を通す（情報“1”）か、通さないか（情報“0”）で、情報を記憶する 電気を通す状態
Small current Large current 電気を通す状態 電気を通さない状態 情報“0” 情報“1” 1ビット ※1バイト＝8ビット 代表例：NANDフラッシュ（東芝） 情報“0” 情報“1” 閾値電圧：小 閾値電圧：大 電子がある 電子がない － － － － － 半導体シリコン 半導体シリコン

3 記憶容量を大幅に向上させるアイデア 電気が流れる「1」、流れない「0」に加え、磁石にくっつく「A」、くっつかない「B」を利用
金属：　絶縁体にならない 半導体：　磁石にならない 問題 まずは、材料が必要

4 コバルト酸ストロンチウム（ＳｒＣｏＯ３ーδ）
酸素の内包率　83％ 酸素の内包率　100％ SrCoO2.5 SrCoO3 ストロンチウム 酸素 コバルト 酸素の出し入れで 切替えられる 酸素が抜けている 電気が流れない＝“0” 磁石にくっつかない＝“B” 電気が良く流れる＝“1” 磁石にくっつく＝“A”

5 室温で安全に使用できる方法を開発しなければならない
酸素を出し入れする二つの方法 1. 高温で加熱する 2. アルカリ水溶液中で電流を流す H. Jeen, …H. Ohta, …, H. N. Lee, Nature Materials O. T. Tambunanら, J. Kor. Phys. Soc SrCoO2.5 200～300℃、酸素中 酸素が取り込まれる SrCoO3 200～300℃、真空中 酸素が抜け出る SrCoO2.5　⇔　SrCoO3 ・高温の加熱が必要 ・酸素雰囲気の制御が必要 ・アルカリ水溶液を使用 ・水素ガスが発生する 室温で使えない 危険 空気中で使えない 危険 室温で安全に使用できる方法を開発しなければならない

6 漏れないアルカリ水溶液を使用 タンタル酸ナトリウム薄膜 ナノ㍍の空隙の中に空気中の水分が自動的に取り込まれ、漏れないアルカリ水溶液に
電気伝導度（mS/cm） pH タンタル酸ナトリウム薄膜に 含まれるアルカリ溶液 2.5 不明 箱根温泉※ 5.9 9.0 ※

7 作製した情報記憶装置 ＋ I V 書き込み g 読み出し（電気の流れやすさ） －

8 結果：情報記憶特性 室温、空気中で、安全に、情報「0」「1」「A」「B」の記憶に成功！ 切替に必要な電圧は3ボルト（フラッシュの７分の１）
電気が流れる「1」、流れない「0」 磁石にくっつく「A」、くっつかない「B」 －3ボルト、3秒 ＋3ボルト、3秒 ＋3ボルト、3秒 －3ボルト、3秒 　　　　　　　室温、空気中で、安全に、情報「0」「1」「A」「B」の記憶に成功！ 　　　　　　　切替に必要な電圧は3ボルト（フラッシュの７分の１）

9 成功のポイント：ニッケル水素電池の構造にヒント
＋3 V －3 V

10 本研究成果のまとめ（フラッシュとの比較）
本研究のメモリ 電気流れる“１” 電気流れない“０” 磁石にくっつく“Ａ” 磁石にくっつかない“Ｂ” -3 V +3 V 2～3 秒 フラッシュメモリ 電気流れる“１” 電気流れない“０” 電子 -20 V +20 V ～10 ミリ秒 繰返し105回 記憶できる情報　　　切替に必要な電圧　　　切替え時間　　　繰返し可能な回数 本研究のメモリ　　　　0, 1, A, B　　　　　　　　±3ボルト　　　　 × 2～3秒　　　　　 △ 未計測 フラッシュメモリ　　基本的に0, 1　　　　 　　　±20ボルト　　　 ～10ミリ秒　　　　 万回

11 将来の期待される用途 USBメモリやスマホ用の大容量記憶装置 実用化に向けた課題 1. 高速切替え 2. 磁石の読みとり
高解像度写真や動画を大量に保存できるようになります。残りの容量を気にせずスマホを使えるようになるかもしれません。 実用化に向けた課題 1. 高速切替え 切替に要する時間を現在の2~3秒よりも短時間にする必要があります。材料の調製方法で高速動作させられるかどうか検討しています。 2. 磁石の読みとり 現在、電気の流れやすさは電気的に読みとることが可能ですが、磁石になったかどうかをどう読みとるかが大きな課題です。