スピン波・ゆらぎによる脳模倣型Beyond AIデバイスと量子技術の情報処理および医工学応用
ニューロンでの信号処理がスピングラス呼ばれる物性のハミルトニアンと同値であることに着目し、スピン揺らぎを活用した脳型デバイス研究。また室温動作可能なスピン波量子干渉や共鳴トンネリング現象、確率共鳴原理を情報処理デバイスへ適用して低消費電力化を実現したり、脳磁、心磁、体ガス等の生体関連情報の超高感度計測を目指した研究を実施。
研究分野1
生命に学ぶ“ゆらぎ”エレクトロニクス
・スピン波・スピンゆらぎを利用した脳機能模倣デバイス研究
・生体機能に学ぶ革新的省電力、超高感度デバイス研究
従来のノイマン型コンピュータの限界が近づく中、Beyond AI、6G以降を支える超消費電力・超並列計算を実現する新しい発想の脳模倣型コンピュータの鍵を握るデバイス研究を実施。特に情報伝達・処理に電子の輸送を伴わない(ジュール熱損の無い)スピン波（角運動量伝搬)を活用するスピン波(マグノン)デバイスを研究。また脳での情報処理の数学的表現であるハミルトニアンと、スピン”ゆらぎ”物性のスピングラスのそれが同じ表式であることに着目したスピンゆらぎデバイスによるブレイン/ニューロモルフィック、リザバーコンピューティング研究を実施。さらに強誘電体/圧電体薄膜による弾性波(フォノン)誘起によるマグノンデバイス研究を実施。
研究分野2
ディラック電子系によるTHz波プラズモニクスの医工学応用
テラヘルツ波帯域の周波数は、分子間結合や水素結合の共鳴数波数に合致するため、“分子間振動共鳴”と“表面プラズモン共鳴”の２重共鳴による高感度センシング。
さらにトポロジカル絶縁体や、遷移金属カルコゲナイド、グラフェンなどに特長的な
・質量ゼロの相対論的フェルミ粒子による高い電子移動度（低エネルギーロス）
・フェルミレベル付近の急峻・敏感な線形DOS変化(ディラックコーン)を生かし、
ディラック電子系プラズモンによるマグノン(スピン)ｘフォノン(双極子)共鳴による高感度・低消費電力なスピンセンシングが実現し、免疫反応や分子認識、特異結合の非蛍光分子修飾(ノンラベリング)検出が可能となり、非侵襲の病態診断技術への応用が期待される。
研究分野3
Electric Nose －我々の健康を見守る電子の鼻―
体ガスと健康状態との関係は、古くは嗅診とよばれ医師の勘や経験に依存し、客観的数値化が困難なため医工学応用が未踏だった。我々は“健康状態/病態と体ガス相関の解明”を目指し、超高感度電子鼻(E-Nose)技術を開発。ウィルス感染検出にも期待。
(1)機能性多孔質材料(ゼオライト)を用いて体ガスを選択的に濃縮。
(2)濃縮ガスをナノ構造制御した酸化物半導体により計測。この複合機能により、1ppb(10億分の1)～1ppt(1兆分の1)の超感度を実現。ガス検出部に2層構造(吸着層/検出層)を有する酸化物半導体コア・シェル型ナノロッドや、遺伝子改編したモザイクウィルス鋳型のバイオミネラリゼーションにより自己組織化ナノワイヤガスセンサを研究。