メモリーの記録密度が1000倍に――広島大、室温で1分子に情報を記録できる単分子誘導体を実証

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広島大学は 2018年8月10日、単分子でも強誘電性を示す単分子誘導体(SME)を初めて実証したと発表した。今回開発した物質を用いることで、不揮発性メモリーの記録密度を1000倍以上向上させることができるという。

IoT、ビックデータ、クラウドの時代を迎え、大容量ストレージの需要が高まっていくことが予想されている。しかし、近い将来、記録密度の限界(1Tbit/inch2程度)を迎えることが指摘され、社会問題の一つに挙げられている。

一方、強誘電体は、電場がなくても分極が整列し(自発分極)、分極の方向が電場によって反転する物質を指す。この自発分極の方向を0と1に対応させることで、情報記録材料として用いることができ、FeRAMとして実用化されている。しかし、一定のサイズ以下では、熱ゆらぎによって分極方向が保持できなくなることから、微細化に物理的な限界があった。

しかし、研究チームは今回、本来強誘電性が出現しないとされていた単一分子で、強誘電体特有の自発分極と分極ヒステリシス(メモリ効果)を発現させることに成功した。

同現象は、一つのテルビウムイオン(Tb3+)を筒状の空洞に格納した、かご状の無機分子「Pleyssler型ポリオキソメタレート」で発現する。このTb3+は、空洞の中心からずれた2カ所の安定サイトのどちらか一方に存在し、どちらのサイトに存在するかによって分極方向が変化する。さらに、低い温度域ではイオンが移動できない上、電場を印加するとイオン移動を強制的に誘起できる。また、同材料は、強誘電転移を示さないにも関わらず、室温以上で強誘電体の性質である分極ヒステリシスや自発分極を示すことも確認された。

(a)誘電損失の温度依存性。(b)290Kにおける分極ヒステリシスの電圧依存性。(c)自発分極の温度依存性。

同物質をメモリーとして実装できれば、既存の記録密度を1000倍上回ることが可能になり、記録密度は理論上、1Pbit/inch2程度になるという。また、実用化することで、HDDやフラッシュメモリーなどの記録装置の超小型化も可能になるとしている。

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