スピントロニクスで脳型コンピューター向け新素子 ~ニューロンとシナプスの機能を一体化~

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2021-11-30 東北大学,科学技術振興機構

ポイント
  • ニューロンとシナプスの機能が一体化されたスピントロニクス素子技術を開発
  • 連結されたスピントロニクス振動子(ニューロン)間の同期発振の起きやすさをメモリスタ(シナプス)により不揮発に制御することに成功
  • リザバー計算機やイジングマシンなどの脳型コンピューターの開発を新たな章へ

脳の仕組みに学んだコンピューター「脳型コンピューター」の実現に向け、脳神経回路で重要な役割を担っているニューロンとシナプスを模した人工素子が開発されています。東北大学 電気通信研究所の深見 俊輔 教授、金井 駿 助教、大野 英男 教授(現 東北大学 総長)、ヨーテボリ大学(スウェーデン)のJohan Åkerman 教授らの共同研究チームは、スピントロニクス技術に基づくニューロンとシナプスが統合された人工構造を作製し、脳における「同期の制御」の機能を初めて実現しました。

共同研究チームは、ニューロンの機能を果たすスピントロニクス振動子を数珠状に連結し、その連結部分にシナプスの機能を果たすメモリスタが配置された一体化構造を作製しました。そしてこの振動子がスピントロニクスの効果により位相を揃えて振動する「同期発振」の起こる条件を、連結部分のメモリスタで自在かつ不揮発に制御できることを実証しました。

振動子が連結された構造はリザバー計算機やイジングマシンなどの脳型コンピューターの構成要素としての利用が有望視されています。今回の実験では従来の研究とは異なり、ニューロンとシナプスが統合された構造での機能が実現されており、小規模ながら脳神経回路の動作様式を比較的忠実に再現しています。すなわち、脳の柔軟性と効率性に迫る脳型コンピューターの実現に向けた開発を新たな章へと導く成果と位置付けることができます。

本研究成果は2021年11月29日付(英国時間)で英国の科学誌「Nature Materials」でオンライン公開されます。

本研究の一部は、科学技術振興機構 戦略的創造研究推進事業 CREST JPMJCR19K3、日本学術振興会 科学研究費助成事業 特別推進研究 17H06093、基盤研究(S) 19H05622などの支援を受けて行われたものです。

詳しい資料は≫

<論文タイトル>
“Memristive control of mutual SHNO synchronization for neuromorphic computing”
DOI:10.1038/s41563-021-01153-6
<お問い合わせ先>

<研究に関すること>
深見 俊輔(フカミ シュンスケ)
東北大学 電気通信研究所 教授

<JST事業に関すること>
舘澤 博子(タテサワ ヒロコ)
科学技術振興機構 戦略研究推進部 ICTグループ

<報道担当>
東北大学電気通信研究所 総務係
科学技術振興機構 広報課

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