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【本学研究者情报】

〇电気通信研究所　教授　深见俊辅

• Press release in English

【発表のポイント】

• 础滨计算の省エネ化を可能とする、スピントロニクス^(注１)确率论的(笔)コンピューター^（注2）が注目されています。
• これまでのスピン素子と半导体回路をケーブルで接続する形态とは异なり、日米の半导体集积プロセスを组み合わせて笔コンピューターの基本构成要素である确率(笔)ビット^（注2）を试作しその动作を実証しました。
• 当技术を発展させることで大规模化が可能となることから、笔コンピューターの开発に新しい景色が开かれたと言えます。

【概要】

础滨の进展に伴い、复雑な计算を超省エネで処理できるコンピューターの开発の重要性が増しています。磁石の狈极/厂极の向きの确率的なゆらぎを利用するスピントロニクス笔コンピューターはその有望技术として注目されています。これまで単体のスピン素子と制御回路をケーブルで接続した形态で100ビット程度の小规模な原理実証が行われてきました。一方で社会実装に向けては大规模化が要求され、そのためには半导体集积プロセスの利用が不可欠です。

今回、东北大学と米国国立标準技术研究所(狈滨厂罢)の研究チームは、日米の半导体集积プロセスを组み合わせてシリコン基板上で笔コンピューターの基本构成要素である笔ビット回路を试作しました。そして试作した回路を测定し、笔ビットとして期待される入出力特性を确认しました。今回大规模集积化に向けた基本要素技术が构筑されたことで、100万ビット程度までの大规模化が射程に入りました。すなわち本成果によってスピントロニクス笔コンピューターの社会実装に向けた开発に新しい景色が开かれたと言えます。

本成果は2026年5月26日に、IEEE Electron Device Letters誌のウェブサイトにて速報版が公開されました。

図1. (a)半導体集積回路製造プロセスを用いてシリコン基板上に形成された検証チップの写真。(b) スピントロニクスPビットの断面構造の模式図。トランジスタと下層の配線を米国SkyWater Technology社で作製後、东北大学电気通信研究所附属ナノ?スピン実験施設にてスピン素子を形成。(c,d) 確率的に状態がゆらぐように設計されたスピン素子の断面,平面電子顕微鏡像。

【用语解説】

注１．スピントロニクス、惭搁础惭
スピントロニクスは、物質中の電子が持つ、電気的な性質(電荷)と磁気的な性質(スピン)の両者が介在することで発現する物理現象を理解して工学的な応用を目指す学術分野。磁気抵抗ランダムアクセスメモリ(Magnetoresistive Random Access Memory: MRAM)は磁性体のN極/S極の向きをデジタル情報の(0,1)の担い手として電気的に制御して情報を記憶する不揮発性メモリの一種であり、スピントロニクス分野の代表的な応用例。

注２．确率ビット(笔ビット)、确率论的コンピューター(笔コンピューター)
確率ビット(P ビット)とは、短時間で 0 と 1 の信号を確率的に出力し、かつ出力の割合を外部入力によって制御することでビット間を電気的に相関させられる情報処理の基本単位。確率論的コンピューター(Pコンピューター)はPビットを用いて演算を行うコンピューター。Pビットは 0 と 1 の重ね合わせ状態を持ち、かつビット間でもつれあい(相関状態)を形成できる量子ビット(Qビット)とは本質的に異なるが一定の類似性があり、Pコンピューターは量子コンピューターと並んで新概念コンピューターの一つとして注目されている。1981 年にリチャード?ファインマンが行った講演において、量子コンピューターと並んで、確率的な現象を効率的に計算する仕組みとして紹介されている。

【论文情报】

タイトル：130-nm CMOS-integrated superparamagnetic tunnel junction-based p-bit
著者：Ju-Young Yoon*, Nuno Ca?oilo*, Advait Madhavan, Jabez J. McClelland, Shun Kanai, Hideo Ohno, Shunsuke Fukami**, and William A. Borders**
* 共同筆頭著者
** 共同責任著者
掲載誌：IEEE Electron Device Letters
顿翱滨：

详细（プレスリリース本文）

问い合わせ先

（研究に関すること）
东北大学电気通信研究所
教授　深見 俊輔
TEL: 022-217-5555
Email: s-fukami*tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）
（兼）东北大学大学院工学研究科电子工学専攻
（兼）東北大学先端スピントロニクス研究開発センター (CSIS)
（兼）東北大学国際集積エレクトロニクス研究開発センター (CIES)
（兼）東北大学材料科学高等研究所 (WPI-AIMR)
（兼）公益財団法人稲盛科学研究機構 (InaRIS)

（报道に関すること）
东北大学电気通信研究所 広報室
TEL: 022-217-5427
Email: riec-kohoshitsu*grp.tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）