メモリスタ

　理研のプレスリリースより。

　メモリスタという電流の履歴に応じて電気抵抗が変化する性質を持つ電子素子でコイルを使用せずに発振回路を構成する回路だそうです。

　リードインダクタンスで等という訳ではなくて分子メモリスタでコイルと負性抵抗素子を代替する事で発振回路を構成するらしい。

　1e5ヘンリが実現出来るとの事（理論上は）。

www.riken.jp

コイルなしで発振する電子回路を実現

－巨大インダクタンスを分子材料で発見－

理化学研究所（理研）開拓研究所上野核分光研究室の大島勇吾専任研究員、名古屋大学大学院工学研究科の竹延大志教授、東北大学大学院理学研究科の高石慎也准教授らの共同研究グループは、分子性物質[1]に基づくメモリスタ[2]においてコイルを用いずに発振する電子回路を発見しました。

本研究により、従来はコイル[3]によって実現されてきたインダクター[3]機能を、物質の内部ダイナミクスによって代替できることが示され、コイル不要の発振回路が可能となりました。これにより、低周波回路設計の自由度向上や小型・集積化への応用、さらにはニューロモルフィックデバイス[4]など新しい情報処理技術への展開が期待されます。

今回、共同研究グループは分子性モット絶縁体[5]において電気輸送測定およびインピーダンス分光[6]を行い、メモリスタとしての振る舞いを確認しました。さらに、ヒステリシス応答（ピンチドヒステリシスループ）[7]に起因して10,000～100,000ヘンリー（H）[3]に達する巨大なインダクタンス[3]が発現することを見いだし、この巨大インダクタンスと負性抵抗[8]によりコンデンサーと組み合わせた回路で自励発振（自発的な振動）が生じることを実証しました。

本研究は、科学雑誌『Scientific Reports』オンライン版（5月8日付：日本時間5月8日）に掲載されました。

メモリスタにおいて巨大なインダクタンスが発現し、コイル不要の発振器を実現

背景

電子回路において発振は、信号生成やタイミング制御などに不可欠な基本機能であり、無線通信やセンサー、情報処理回路など幅広い分野で利用されています。この発振は通常、コイル（インダクター）とコンデンサー（蓄電器）を組み合わせた回路によって実現されますが、コイルは構造上大型化しやすく、回路の小型化や集積化を進める上で大きな制約となってきました。

一方、近年では従来の電子部品の役割を新しい材料で置き換える試みが進められており、その中で「メモリスタ」は電流の履歴に応じて抵抗が変化する（ヒステリシス応答を示す）特異な素子として注目されています。しかし、メモリスタの時間依存的な電気応答が回路機能としてどのように利用できるのかについては、十分に理解されていませんでした。

特に、発振に不可欠とされてきたインダクター機能をコイル以外で実現することは難しく、物質の内部ダイナミクスによってインダクタンスが生じる可能性は指摘されていたものの、実験的検証は限られていました。そこで共同研究グループは、分子性物質に着目し、メモリスタとしての振る舞いと電磁応答の関係を明らかにすることで、コイルに依存しない新しい発振原理の実現に挑みました。

研究手法と成果

本研究では、1次元鎖構造を持つ分子性モット絶縁体[Ni(chxn)2Br]Br2を対象に、電気輸送測定、インピーダンス分光、および発振特性の解析を組み合わせて、その電気応答を詳細に調べました。まず、交流電流をかけて電流と電圧の関係（I-V特性）を測定したところ、低周波領域において特徴的なヒステリシス応答（ピンチドヒステリシスループ）が観測され、この物質がメモリスタとして振る舞うことを確認しました。

次に、インピーダンス分光を用いて周波数応答を調べた結果、直流電圧をかけた場合にのみ、コイルに特徴的な応答が現れることが分かりました。得られたデータを回路モデルで解析した結果、最大で10,000～100,000Hに達する巨大なインダクタンスが発現していることが明らかになりました。この値は、一般的なコイルで得られるインダクタンスの約10万倍に相当し、ミリメートルサイズの試料においては通常実現できない極めて大きな値です。また、このインダクタンスは電圧をかけたときにのみ現れることから、外部配線や測定装置に由来する不要な影響ではなく、物質内部のダイナミクスに起因するものであることが確認されました。

さらに、このインダクタンスの妥当性を検証するため、試料にコンデンサーを並列接続した回路において発振特性を測定しました（図1）。その結果、一定以上の電流を流すと自励発振が生じ、その発振周波数はインダクタンスと電気容量から決まる関係式と一致することが分かりました。この解析から求めたインダクタンスの値は、インピーダンス分光から得られた値とよく一致しており、巨大インダクタンスが実際に回路動作に寄与していることが裏付けられました。

図1 コイルなしで観測された自励発振

分子メモリスタにコンデンサーを接続した回路において観測された自励発振。外部コイルを用いずに発振が生じることを示す。Ibias：入力バイアス電流、μA：マイクロアンペア（1μAは100万分の1アンペア）。C：電気容量、μF：マイクロファラッド（ファラッドは電気容量の単位、1μFは100万分の1ファラッド）。

以上の結果から、メモリスタにおいて観測されるヒステリシス応答により、動的にインダクタンスが発現すること、そしてそのインダクタンスと負性抵抗の組み合わせにより、コイルを用いない発振が実現されることが明らかになりました。本研究は、従来はコイルによって実現されてきたインダクター機能が、物質の内部ダイナミクスによって代替され得ることを、定量的に示したものです。