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スピントロニクス技術を利用した新しいインダクタ素子
コイルに生じる誘導起電力を使い回路電流を一定に保つ素子としてインダクタ素子が知られており、小型の電子機器で使用される回路素子には小型化が求められるが、構造上の制約から小型化には自ずと限界があった。本発明は、発明者らが研究しているスピントロニクス技術のインダクタの発現原理を利用して、従来のコイルや磁気構造のような「ねじれ」の必要ない「普遍的な磁性材料」で、安価で温度等に対し安定的な小型化が可能な特性可変インダクタ素子を実現する理論を実証した。
スピントロニクスを利用した多種の応用が可能な革新的技術
磁性体の磁気特性の電流制御には様々な種類があり、それらを利用した乱数生成、振動子、検波やメモリ等の素子が提案されている。しかし、強磁性体を使う素子は外部磁場による磁場ノイズへの耐性が低いこと、振動子や検波等の周波数の制御を行うためには外部機構による磁場制御が必要であること、小型化等の課題があった。 本技術は、スピントロニクスにおけるカイラルスピン構造の恒常回転運動という新現象を基に、上記課題を解決し、超小型、低消費電力、高安定な素子を提供する。
曲げられるホール素子を実現！量産展開に適し、感度の温度安定性も抜群
従来ホール効果を利用した磁気センサ（ホール素子、ホールIC等）の材料としては、化合物半導体であるGaAsやInSbなどが知られている。単結晶薄膜における高移動度を利用して高感度なセンサ特性を提供しているが、作製温度、作製手法、動作温度範囲の制約が厳しい点などに課題があった。 本発明は、上記課題のいくつかを解決する、Fe-Sn混晶をベースとする磁性金属薄膜の磁気センサである。室温堆積の汎用的手法で、広い温度範囲で安定したセンサ特性を示す特長をもつホール素子を提供する。
完全並列検索用セルを６Tr/４Trで実現し、1024ビット以上の並列動作が可能に！！
従来のSRAM/DRAMを用いたTCAMで、完全並列用TCAMを実現するには、回路規模が増大し、かつ、高消費電力の課題があった。 本発明は、不揮発記憶素子の一つであるMTJ(Magnetic Tunnel Junction)素子の特性を活用し、演算と記憶機能の一体化を図り、非常にコンパクトかつ低消費電力なTCAMを実現した。 また、ダイオードNMOSトランジスタの活用により、144ビット並列動作を可能とするTCAMワード回路（マッチラインドライバー）を提言している。
圧電膜と磁歪膜とが相互作用することで、機械的エネルギーをより効率的に電気的エネルギーに変換
近年、振動等の機械的なエネルギーを電気的なエネルギーに変換する発電素子に注目が集まっている。例えば、圧電材料および磁歪材料は、機械的なエネルギーを電気的なエネルギーに変換できる材料として知られている。しかし、振動等の機械的なエネルギーは、十分な利用が図られていなかった。その為、機械的なエネルギーをより効率的に電気的なエネルギーに変換できる発電素子が求められている。本発明によって、高出力な発電素子およびこれに用いられる圧電磁歪複合体を提供することが可能になった。本発明は、磁歪膜と圧電膜とを積層し、これらの界面に微小な凹凸を形成することで、ミクロ的な界面部における２つの材料の接触頻度を増やし、磁歪膜と圧電膜とが電磁物理的な相互作用を生じ、発電素子の出力特性が向上することを特徴とする。これによって、機械的なエネルギーを効率的に電気的なエネルギーに変換することができる。
量子ビットのコヒーレンス時間増加、非調和性増大、フット プリント低減により高性能・高集積な量子コンピュータを実現
■東北大学技術のご紹介 量子コンピュータの量子ビットは、単一あるいは複数の超伝導トンネル接合(ジョセフソン接合)により構成され、代表的な電荷型量子ビットや磁束型量子ビットの研究開発が盛んである。現在の高集積化の主流は電荷型の改良版のトランスモン(Transmon)と呼ばれる量子ビットであり、コヒーレンス時間が長い利点があるが、非調和性が小さいためエラーの原因となる欠点がある。一方磁束型においては非調和性が大きい利点があるが、コヒーレンス時間が短い欠点があり、これを補うべくシャントキャパシタを付加するとフットプリント(１つの量子ビットが専有する面積)の増大が避けられないという課題があった。 本発明は上記課題を解決するもので、コヒーレンス時間と非調和性を実用上耐えうる値としながら、フットプリントも小さく高集積化が実現できる技術に関する。
東北大学技術のご紹介：広視野角を実現する電子ホログラフィ立体表示技術
・近年、エンターテイメント用途、産業設計、計測、用途、自動車などのヘッドアップディスプレイ用途などで、3次元の情報を表示する電子ホログラフィが求められている。 ・電子ホログラフィは、液晶を画素ごとに配置した空間光変調素子を介して、像を再生することで3次元情報を表示するが、現行の素子は印加する電場が隣接する画素に漏れ出すため、 画素ピッチを狭くすることが出来ず、そのため視野角が狭く、実用性が 劣るという課題を有していた。 ・そこで、本発明は空間光変調素子に連続電位差による横電界で液晶を駆動するとともに、微小な接地電極を形成した。 ・その結果、隣接する画素へ漏れ出す電界が少なくなり、画素ピッチ1μm以下の駆動を初めて達成した。 ・画素ピッチ1μmを達成すると、 電子ホログラフィの実用化に必要とされる視野角30°であることから、 本発明は電子ホログラフィの実用化に大きく貢献することが期待される。
角度選択的放射熱輸送を幅広い波長帯域で実現！
従来、角度選択的放射熱輸送を行う際、輸送されるエネルギーは微小なものとなる。角度選択的放射熱輸送を実現するためには、幅広い波長帯域で熱放射を発生させる必要があり、その波長帯域 に応じた熱放射体の材料が不可欠となる。しかし、その材料が簡単に入手できない場合、熱輸送を適用することができない。そのため、熱放射体の材料によらず、熱放射の波長帯域を細かく調整する技 術が求められている。 本発明によって、所定の角度の熱放射を、幅広い波長帯域にて実現することが可能な熱放射素子と、その熱放射素子を用いた熱輸送方法を提供することが可能になった。本発明の熱放射素子は、 第一金属基板と、誘電体膜と、所定の間隔を空けて並んだ複数の第二金属部材を備え、第二金属部材の幅は、4μm以上50μm以下であることを特徴とする。これによって広い波長帯域にわたる熱 放射を大きなエネルギー量で実現できるようになる。
外部磁場に対する動作の安定性が改善
近年、ランダムな出力信号を発生できる固体素子として、磁気トンネル接合素子(MTJ)が注目されており、確率論的コンピューティングシステムに用いられる乱数発生ユニットへの応用が期待される。しかし、熱擾乱によって自由層の磁化方向を揺らぎやすく設計した超常磁性MTJは、異方性磁場が小さく設計されていることから、数mT程度の外部磁場に対しても敏感に反応してしまい、外部磁場の影響を受けやすいという課題がある。 本発明は外部磁場に対する動作安定性(ロバスト性)に優れ、確率論的コンピューティングシステムに適した超常磁性MTJ、およびそれを用いたコンピューティングシステムの社会実装を後押しする技術である。
従来レベルの短い時間動作で消費電力と面積を低減
不安定なエネルギー供給下でも継続的な演算処理を可能にする間欠的コンピューティングのエッジデバイス実装において，不揮発記憶回路（不揮発レジスタ）を活用し、ローカルなデータ転送のみで内部状態を不揮発記憶処理できる不揮発ロジック回路構造が有望な選択肢となる。 従来の不揮発レジスタは、1ビット記憶回路（不揮発フリップフロップ、NV-FF）をビット数分接続する構成であり、1ビットあたり2個のMTJ素子を必要とするため、面積やエネルギーのオーバーヘッドが大きいという課題があった。これに対して発明者らは共有リファレンス方式（RLSS）という処理により消費エネルギーおよび面積を低減する効果をシミュレーションで確認したが、動作に必要な時間はレジスタのビット数に比例して増加するという新たな課題が生じた。 本発明は差分情報記憶方式（DISS）という方式を提案する。具体的には1ビットのデータを隣り合う2つのMTJ素子の抵抗状態の差分によって保持することで、バックアップ・リストアがそれぞれ2サイクルの動作で可能となり、消費エネルギーおよび面積の低減に加えて、動作時間も従来方式並みに抑える効果をシミュレーションで確認した。
