Reservoir computing nodes utilizing single-electron effects in random arrays of nanoparticles

利用纳米粒子随机阵列中的单电子效应的储层计算节点

基本信息

批准号：
20H02201
负责人：
水柿義直
金额：
$ 11.48万
依托单位：
The University of Electro-Communications
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究課題では，ナノ粒子の集合体を作製し，これがリザバーとして機能することを実証する。ナノ粒子の集合体の中では，微小トンネル接合のネットワークが形成され，単一電子トランジスタ（SET）がランダムに接続されている状態にあり，これ利用して，これまでにないナノ粒子集合体のリザバーを超小型固体集積回路として実現し，リザバーコンピューティング動作を実証する。3年目となる2022年度での主たる成果は次の通りである。まず，ナノ粒子集合体作製プロセスの実績を積むことができた。直径約200 nmの円周上に配置された6本の金端子の先端部付近に，誘電泳動もしくは多段階液浸法で金ナノ粒子集合体を作製し，いずれの方法においても非線形応答をする素子を作製することができた。なお，誘電泳動を使用する場合は，2年目に組み上げた誘電泳動自動停止装置を用いた。作製した素子の電気的特性の評価としては，通常の電流－電圧特性，2年目に確立した入力電圧－出力電流特性に加えて，入力電圧－出力電圧特性の測定方法を立ち上げた。まず，1入力－３出力の構成において，正弦波入力電圧に対する出力電流を測定し，その結果を用いた任意波形合成実験を行った。出力ターゲット波形は，三角波，矩形波，余弦波とし，計算機上にてリッジ回帰によって重みづけを行った。出力が3つに限られていたため，波形合成には誤差が生じたが，遅延を入れた３素子構造を計算機上に構築して誤差を減少させることに成功した。年度末に１入力－５出力の構成において，正弦波入力電圧に対する出力電圧を取得することができた。現在，その特性解析および任意波形合成応用について取り組んでいる。これらの3年目の成果については，一部を国内学会にて口頭発表しているが，主たる内容については4年目に発表する予定であり，国際会議への発表申し込みを済ませたものもある。

在这个研究项目中，我们将创建纳米粒子聚集体并证明其具有储库功能。在纳米粒子聚集体内部，形成了微隧道结网络，并且单电子晶体管（SET）随机连接。利用这一点，我们开发了前所未有的纳米粒子聚集体网络，我们将把储层实现为超小型固态集成。电路并演示油藏计算操作。 2022年是第三年，主要成果如下。首先，我们获得了纳米颗粒组装生产过程的经验。使用介电泳或多步浸没方法在直径约为 200 nm 的圆周上排列的六个金端子的尖端附近产生金纳米粒子聚集体，这两种方法都能够制造出非线性响应。使用介电泳时，我们使用了第二年组装的介电泳自动停止装置。为了评估所制造器件的电气特性，除了通常的电流-电压特性和第二年建立的输入电压-输出电流特性之外，我们还推出了一种测量输入电压-输出电压特性的方法。首先，我们测量了 1 输入 3 输出配置中正弦波输入电压的输出电流，并利用结果进行了任意波形合成实验。输出目标波形为三角波、矩形波和余弦波，并使用岭回归在计算机上进行加权。由于输出仅限于三个，因此波形合成时会出现错误，但他们通过在计算机上构建带有延迟的三元件结构成功地减少了错误。在本财年末，我们能够获得 1 输入 5 输出配置中正弦波输入电压的输出电压。我们目前正在致力于其特性分析和任意波形合成应用。第三年的部分成果已在国内学术会议上口头报告，但主要内容预计在第四年报告，部分成果已提交国际会议报告。