Liイオンの酸化還元反応を用いた全固体酸化還元型トランジスタを開発――物理リザバーとして利用可能東京理科大とNIMS

東京理科大学は2023年7月3日、Liイオンの酸化還元反応を利用し、物理リザバーとして優れた性能を有する全固体酸化還元型トランジスタを、物質・材料研究機構（NIMS）と共同で開発したと発表した。

計算リソースや消費電力の削減の可能性がある技術として、物理リザバーコンピューティングが注目されている。物理リザバーとは、時系列入力を時空間パターンに変換できる装置で、実現のためには非線形性や高次元性、短期記憶といった性質が必要だ。今までさまざまな材料やデバイスの開発が行われてきたが、性能面に改善の余地があった。

今回同大学は、リチウムイオン伝導性ガラスセラミック（LICGC）基板上に、タングステン酸リチウム（Li_xWO₃）薄膜を積層した全固体酸化還元型のトランジスタを開発した。

このトランジスタのゲート電圧を印加すれば、ドレイン電流とゲート電流の非線形応答が得られ、二重リザバー状態を実現できる。単一リザバーよりも高次元性が付与されることで、計算処理能力の向上が期待されるという。

実際に二次非線形動力学方程式や非線形自己回帰移動平均などの処理で、従来よりも優れた性能を持つことを実証し、高次元性と記憶容量の双方が向上することを示した。

今回開発した素子を物理リザバーに用いることで、脳の神経回路の非線形な電気的振る舞いをモデルにし、機械学習を高速／低消費電力で実行できる「ニューロモルフィックコンピューティング」が実行できる。これを応用することで、さまざまな電子機器の情報処理性能の向上や省エネルギー化が期待できるという。

Liイオンの酸化還元反応を用いた全固体酸化還元型トランジスタを開発――物理リザバーとして利用可能　東京理科大とNIMS