“記憶する材料”を実現する光電子シナプス材料を開発(Scientists Shine Light on Materials That Remember)

2026-05-20 ロッキーズ国立研究所(NLR)

米国ロッキーズ国立研究所(NLR)などの研究チームは、外部刺激の履歴を保持する「記憶する材料(memory materials)」の内部状態を、光学技術によって詳細に可視化する手法を開発した。研究では、レーザー光を材料へ照射し、反射や散乱特性の変化を解析することで、相転移や電子状態変化をリアルタイムで観測した。これにより、材料がどのように過去の刺激情報を保持し、特性変化へ反映するかを高精度に追跡できるようになった。対象となる材料は、次世代メモリー素子やニューロモルフィック計算用デバイスとして期待されている機能材料であり、AI向け低消費電力ハードウェアや高性能センサー開発への応用も見込まれる。研究チームは、本成果が機能材料の動作原理解明と新材料設計の高度化につながるとしている。

“記憶する材料”を実現する光電子シナプス材料を開発(Scientists Shine Light on Materials That Remember)
When light hits the eye, it induces an electric charge that is trapped by cells. The cells interpret the energy, amplitude, and duration of that charge to create an image in the mind. Vanadium pentoxide does something similar: It entraps the charge, which can be read to reconstruct the image. Illustration by National Laboratory of the Rockies

<関連情報>

広帯域光電子シナプスのためのメソスコピックV2O5における層間励起子ポーラロン Interlayer Exciton Polarons in Mesoscopic V2O5 for Broadband Optoelectronic Synapses

Thanh Luan Phan, Jialu Li, Swagata Acharya, Alice R. Giem, Md Azimul Haque, Srikrishna Sagar, Dimitar Pashov, Savio Laricchia, Elisa M. Miller, Michelle A. Smeaton …
Advanced Functional Materials  Published: 20 November 2025
DOI:https://doi.org/10.1002/adfm.202510479

Abstract

Persistent photoconductivity and optoelectronic synaptic behavior are demonstrated in solution-processed mesoscopic α-phase vanadium pentoxide (V2O5) thin films. First-principles simulations coupled with the two-site Holstein polaron hopping model show that vacancies at the terminal oxygen position lead to long recombination times because photoexcited electrons and holes reside on different layers separated by the van der Waals gap, forming a weakly coupled interlayer exciton polaron. Mid-gap polaronic states also significantly broaden the photoresponse of the films to span across visible and infrared wavelengths. By controlling the amplitude/intensity, duration, and/or number of optical pulses, tunable optoelectronic memory functions, such as short-term and long-term plasticity, are experimentally established in V2O5-based optoelectronic synapses. Device fabrication was extended to mechanically flexible ultrathin glass substrates. Flexible optoelectronic synapses maintained high performance after 150 bending cycles.

0403電子応用
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