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本学の注目すべき研究者のこれまでの研究活动や最新の情报を绍介します。

东北大学電気通信研究所　深見 俊輔 教授

スピントロニクスとは、これまで独立に活用されてきた、电子が备える电気的な性质（电荷）と磁気的な性质（スピン）を同时に利用しようという分野です。前世纪后半に芽が出たこの研究分野は大野英男东北大学総长らが中心的な役割を果たし、この30年ほどで大きく発展してきました。この分野は、以前は米欧日が先导的な立场にありましたが、最近では中国、インド、韩国、台湾などからの论文?学会発表、特许出愿も急増しており、基础?基盘的な研究からその学理?技术に立脚した製品开発まで目覚ましいスピードで进展しています。加えて、最近では、スピントロニクスの新たな可能性を模索する动きも出てきています。

スピントロニクス研究の新世代に属する深见さんは、2022年3月、稲盛财団の长期かつ大型の研究助成プログラム、稲盛科学研究机构（滨苍补搁滨厂）フェローシップのフェローに选出されました。この助成プログラムは、研究者が「好奇心の赴くまま、存分に壮大な研究に取り组む」ために10年间の支援をするというものです。深见さんが採択された研究テーマは、「人工制御による物质?材料の「知能」の発现とコンピューティングへの展开」です。

物质がとる状态は与えられた问题への解答

深见さんは、これまでスピントロニクス技术を用いた高性能不挥発性メモリや、既存のデジタル情报処理を飞跃的に発展させる素子の开発、新规材料の创製などに関する研究を行ってきました。今回の滨苍补搁滨厂フェローシップへの提案も、一见すると突飞なタイトルですが、これまでの研究の中で発酵させてきたアイデアの発展だそうです。

物质?材料は、与えられた「条件」の中で、その内部に存在する様々な物理の原理に起因した「相互作用」を満たす、最も安定な状态をとります。一例として水をはじめとしたあらゆる物质は、温度や圧力などの条件に応じて、原子?电子间の相互作用や热?统计力学の法则に従い、固体、液体、気体という３つの状态をとります。深见さんはこれを、「最も居心地のよい状态」と表现します。研究者が観测するのはその状态で、そこから微视的な相互作用を知ることができます。「条件」と「相互作用」を人為的に操作すれば、物质?材料がとる状态を変えることもできます。

ここで発想の视点を変えると、物质?材料がとった状态は、与えられた「条件」の中で様々な「相互作用」を満たす问题を解いた结果と解釈することも可能だというのです。それを知能とか计算などと呼ぶかどうかはさておき、相互作用やエントロピーから来る要请を満たす解を求めよ、という复雑な问题に解答していると捉えられなくもないはずです。この考えに基づくと、相互作用を人為的に制御できるような人工构造を用意し、社会に存在する多くの复雑な问题をその相互作用として人工构造に投影し、人工构造が「计算」して导き出した状态を観测することで、复雑な问题を解くことに使うのも梦ではありません。

现在のデジタルコンピューターは、情报を０と１の二进数で表し、决定论的かつ逐次的に情报を処理しています。しかし、物质?材料がこうした决定论的な状态をとり、逐次的に演算を行っているはずはありません。ならば、物质?材料から着想を得て、アナログ的あるいは非决定论的な情报表现も活用し、同时进行的に情报処理を行うことで、コンピューティングの柔软性が広がる可能性があります。

これはまだ、漠然としたアイデアで、具体的にどうするかはこれから学生を含めた研究室メンバーといっしょに考えていきます、と深见さんは语ります。そもそも滨苍补搁滨厂フェローシップは、不确かな课题に壮大な梦を描くことを奨励する挑戦的なプロジェクトなのです。

ただしもちろん、まったくの梦物语というわけでもありません。これまでも、神経回路网を専门とする研究者との共同研究を进めてきました。反强磁性体と强磁性体を积层させた构造を用いて、电流の大きさに応じてアナログ的に情报を记忆させられることを発见しました。そしてこの性质が、记忆と学习に関与している脳のシナプスの性质と类似していることに着目し、この构造を人工シナプスとして利用した人工神経回路网（アーティフィシャル?ニューラル?ネットワーク）の作製に活用できました。スピントロニクスを応用した脳型コンピューターの原理実証ができたのです。これ以外にも、スピントロニクス素子の热による确率的な振る舞いを积极利用した疑似的な量子アニーリングマシンの原理実証にも成功しています。

これまで、情报技术という大きな枠组みにおけるスピントロニクス、さらにより広くは物性物理学、材料科学、电子工学分野の研究では、どちらかといえば、大きな设计指针があらかじめ存在し、それに适した材料?素子を作るという侧面が主でした。そつなく、てきぱきと动く公务员的な素子の开発が求められてきたのです。深见さんが目指すのはそうではなく、これまでの设计指针では不良とされてきた性质や机能をもつ芸术家的な素子もうまく使うことで、新しいコンピューターができないかという道を探ることなのだそうです。そのためには、新たな共同研究も必要です。これまでは半导体集积回路分野の研究者との共同研究が主でしたが、これからは、脳科学、情报理论、数学、机械工学などの研究者との共同研究も视野に入れているそうです。

たまたま辿り着いた现职

深见さんは、自分のキャリアパスには、インタビューの记事になるような面白いエピソードはないですよ、と笑います。何か剧的なことがあってスピントロニクス研究に导かれたわけでもなく、そこまで强い意志も働いていないものの、学生や若い研究者といっしょに新しい时代を作っていく今の仕事にはやりがいを感じているそうです。

名古屋で生まれ育った深见さんは、普通の公立学校を経て名古屋大学工学部物理工学科に入学しました。その动机も、なんとなく数学と物理が好きという程度のことだったそうです。卒业研究のための研究室选びをすることになった2000年代前半は、ナノテクが登场した顷でした。半导体研究の分野は、微细化技术の限界が见え始め、いわゆるムーアの法则の终焉が噂されていました。そんなこともあって深见さんは、ナノテクという响きに魅力を感じ、そこまで深く考えずに研究室を选んだそうです。

スピントロニクスに出合ったのは、修士课程を修了して狈贰颁に就职した后でした。スピントロニクス関係の研究开発部署に配属されたのです。2010年からは现本学総长の大野教授らとの共同研究が始まり、2011年に东北大学に出向して助教に着任しました。そうこうするうちに、日本公司では半导体开発、デバイス系の开発が缩小され始めました。そんなこともあり、2016年に狈贰颁を退职し、东北大学の専任教员となったそうです。

现在の日本は、半导体製造において遅れをとっています。公司出身の深见さんならずとも、なんとも歯がゆい状况です。深见さんは、少なくとも自分が関连する领域では、かつてはうまくいっていた、大学の基础研究と公司の応用开発との接続がうまくいかなくなっているという感触をもっています。公司は、ほぼ完成した近い将来の採算の目途が立つ技术しか受け取らず、一方で大学は技术として十分に完成させられなくても、资金确保のためには新たな学理の开拓に繋がる研究に移行せざるを得ないというのです。

2022年4月、东北大学では、国际集积エレクトロニクス研究开発センターの远藤哲郎センター长（工学研究科教授）を中心に、文部科学省の10年间の委託事业として、「スピントロニクス融合半导体创出拠点」がスタートしました。日本、それも特に东北大学が先导してきた省电力化の切り札となりうるスピントロニクス技术を中核に据え、革新的省エネ半导体创出と高度人材育成を进めることを目指す事业です。深见さんは、挑戦的な梦の研究も视野に入れつつ、半导体技术の国内復兴を目指すこの事业への贡献も心に誓っています。

文責：広報室 特任教授 渡辺政隆

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