シナプスの機能をナノサイズの磁気メモリスタで模倣~脳の機能をハードウエアで模擬するブレインモルフィックシステムへの応用に期待~

2026-01-09 産業技術総合研究所

産総研と物質・材料研究機構の研究チームは、鉄–マンガン基合金の磁性超薄膜を用いたナノサイズ磁気メモリスタを開発し、脳のシナプス機能の模倣に成功した。熱処理によりスピノーダル分解が自発的に起き、磁気記憶層に数ナノメートル周期の組成ゆらぎを導入しつつ、原子層レベルで平坦なMTJ積層構造を維持できる点が鍵となる。直径200 nmの単純な円形ピラー素子で、電圧パルスによりコンダクタンスを段階的に制御し、長期増強・長期抑圧やSTDP(スパイクタイミング依存可塑性)といった学習則を再現した。ナノ秒パルスで動作する高速性と集積化適性を備え、理論上高い書換耐性も期待できることから、超省電力なブレインモルフィック(脳模倣)ハードウエア実現に向けた基盤技術となる。

シナプスの機能をナノサイズの磁気メモリスタで模倣~脳の機能をハードウエアで模擬するブレインモルフィックシステムへの応用に期待~

本研究で開発した磁気メモリスタの概念図と、磁気メモリスタでシナプスの機能を模倣した例

※原論文の図を引用・改変したものを使用しています。

<関連情報>

スピノーダル磁気抵抗メモリスタ Spinodal Magnetoresistive Memristors

Tatsuya Yamamoto, Tomohiro Ichinose, Jun Uzuhashi, Sumito Tsunegi, Takayuki Nozaki, Tadakatsu Ohkubo, Shingo Tamaru, Kay Yakushiji, Hitoshi Kubota, Shinji Yuasa

Advanced Functional Materials  Published: 08 January 2026

DOI:https://doi.org/10.1002/adfm.202523154

Abstract

Spinodal decomposition is a phenomenon that forms self-assembled microstructures with extremely uniform sizes and shapes. The phenomenon is exploited in the manufacture of alnico magnets, once considered to be the strongest permanent magnets. However, it has hardly been used in spintronics, one of the most important applications of magnetic materials today, because conventional spintronic devices require uniform magnetic thin-films to achieve a single-domain state. Here, the study sheds light on how spinodal magnets can be used to create high-performance spintronics memristors that have synaptic functionalities. Thin-film spinodal decomposition is used to fabricate an Fe-Mn-based storage layer with a nanostructure consisting of Fe-rich granules in magnetic tunnel junctions. The devices function as nanoscale memristors that offer both long-term data retention and analog-like resistance changes controlled by nanosecond voltage pulses and emulate fundamental synaptic functionalities. The results indicate that spinodal MTJs will be a key to realizing nanoscale memristors for energy-efficient neuromorphic computing.

0403電子応用
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