脳型コンピューティング材料の研究が進展(Research advances brain-inspired computing materials)

2026-10-02 テキサスA&M大学

テキサスA&M大学の研究チームは、次世代のニューロモルフィック・コンピューティングに利用可能な材料として、金属有機構造体(MOF)における電子とイオンの輸送メカニズムを解析した。亜鉛系MOFを対象に高度なコンピューターシミュレーションを行った結果、電子は材料全体を自由に移動するのではなく、有機リンカー上の特定部位間を「ホッピング」することが判明した。また、材料内部や周囲のイオンの移動が電子輸送を促進し、両者が密接に結合していることも明らかにした。この成果は、刺激に応じて電気的特性を変化させる材料の設計原理を示すもので、脳のように演算と記憶を近接させ、省エネルギーで情報処理するアナログ・ニューロモルフィックデバイスへの応用が期待される。研究は基礎的段階だが、他の酸化還元活性MOFや類似材料の設計にも役立つ可能性がある。

<関連情報>

金属有機構造体におけるイオン-電子結合駆動型酸化還元挙動 Ion-Electron Coupling-Driven Redox Behavior in Metal–Organic Frameworks

A. Avilés;M. Ghotbi;A. J. Ferguson;J. L. Blackburn;A. A. Talin;M. Y. Darensbourg;P. B. Balbuena
The Journal of the American Chemical Society  Published:April 21, 2026
DOI:https://doi.org/10.1021/jacs.6c03704

脳型コンピューティング材料の研究が進展(Research advances brain-inspired computing materials)

Abstract

Redox-active metal–organic frameworks (MOFs) have long been proposed as electronic transport platforms, yet the microscopic origin of their conductivity remains debated. A theoretical demonstration reveals charge transport in a Zn(pyrazole–naphthalene diimide (NDI)) MOF arising not from delocalized band-like states but from redox hopping between discrete linker sites. Using ab initio molecular dynamics simulations combined with electronic structure analysis, we established a direct link among electron injection, structural reorganization, and transport. Electron accumulation proceeds sequentially and site-selectively from imide and carbonyl groups of the NDI core progressively involving pyrazole N atoms at higher reduction states, through a hierarchy of redox-active sites. In contrast, Zn nodes remain essentially redox-inactive, which confirms their structural role. Density-of-states analysis corroborates a transport regime dominated by linker-centered states with evolving p-character upon reduction, resulting in dynamically reconfigured conduction networks. Real-time trajectories reveal anisotropic linker-to-linker electron transfer modulated by counterion coordination. This cooperative ion–electron regime emerges from potential energy surface collapse into a single low-barrier transition (ΔG‡ ≈ 45 meV), where ionic and electronic motions evolve adiabatically on the same free-energy landscape. Elucidating redox conductivity in Zn(pyrazole–NDI) MOFs provides a theoretical framework for use in neuromorphic computing and related technologies.

0403電子応用
ad
ad
Follow
ad
タイトルとURLをコピーしました