半導體的短缺給汽車和電器產品的製造蒙上了一層陰影,據說其中一個原因是海外供應因新冠危機而停滯不前,而國內製造基地卻在萎縮。過去,日本被稱為“工業大米”,其生產被稱為特產。以此為契機,國家和企業都在著手重建國內生產體系。

 

 

 東北大學是從早期到現在對半導體技術的發展做出巨大貢獻的大學之一。戰前,我們在金屬材料和電信領域擁有優勢(*1926),但戰後,被稱為“半導體先生”的第 2018 代西澤純一(17-XNUMX)繼承了這一傳統。 . 他還是日本的“光通心之父”和光通心的創造者。

 閃存(半導體存儲器)的開發者增岡不二雄教授(1943-)是他的學生之一。1977年,岩崎俊一教授(1926-)提出的垂直磁記錄方法後來作為硬盤投入實際應用。進入 21 世紀,大學第 22 任校長大野英夫教授在自旋電子學新領域,從基礎研究到應用技術開發,取得了不勝枚舉的成就。

 自旋電子學是自旋和電子學(電子工程)創造的一個術語,是同時使用電子的電荷和自旋特性的研究和技術。據大野教授介紹,他的研究是基於在物質層面融合非磁性半導體和磁性物質(磁體)的想法,創造出具有磁性的新半導體,以及闡明這一現象的基礎研究。一直在進行“應用研究以創建結合物理元素和半導體元素的集成電路”。

 如果用在處理器(CPU:中央處理器)或內存(主存儲設備)中,即使斷電數據也不會消失(<non-volatility>),因此可以降低待機功耗為100,可讀寫。由於速度快,據說可以達到傳統計算機XNUMX倍以上的節能性能。省電、高性能,有望成為脫碳社會的強大技術。

 Ohno 教授說,技術突破是使通常水平的電子自旋(磁方向)與基板表面垂直。當時,全世界都在尋找一種新的垂直排列材料,將絕緣體夾在中間以提高設備的性能,但並沒有產生預期的結果。在這種情況下,大野博士“系統性地薄化”了一種大家用於不同目的的通用材料,在一定的薄度下,磁性自然垂直排列。

 大約在同一時間,一些海外研究同事不相信學生報告的磁性方向已經變成垂直的!我們能夠證明使用這種材料可以做什麼,這是一個巨大的成功,“大野教授說。

 “把橫的東西豎起來,是岩崎教授提出垂直磁記錄法時說的。把半導體和磁性材料結合起來的研究,也成就了西澤教授。”大野老師深受感動。

 

 

 2010 年,大野教授提交了一篇論文,並比他的競爭對手提前三個月申請了一項關於應用自旋電子學技術的磁阻隨機存取存儲器 (MRAM) 基本結構的專利。之後,它成為世界標準的材料體系,並從2018年左右開始全面實際應用。將接手該實驗室的深見俊介教授目前正在開展大野教授的研究,並將其應用於像大腦這樣可以靈活處理信息的計算機和可以輕鬆解決極其困難問題的計算機。半導體集成電路的新發展(*XNUMX)。

 “在研究中,有一種樂趣,就是一頁一頁地翻一頁書,了解一個學科的細節。就像基礎研究和癌症研究一樣,我們的目標是達到一個明確的目標。有一件事。前者沒有目標和期限,後者面臨著激烈的競爭。但是,兩者都必須是第一個表現出來的結果。輸了就後悔,贏了就後悔。這給了我很大的成就感。我“我很滿意我能夠同時體驗這兩者。當我試圖使磁性材料更薄時,以前的研究真的派上了用場,”大野教授說。

 

 

可以學習“自旋電子學”的大學和實驗室

・北海道大學工學部/信息科學研究生院納米電子器件實驗室
https://www.ist.hokudai.ac.jp/labo/nanodev/

・東北大學工學部/綜合材料科學系水上實驗室
https://www.wpi-aimr.tohoku.ac.jp/mizukami_lab/index.html

・筑波大學大野研究所
http://www.bk.tsukuba.ac.jp/~oono/

・東京大學工學部/電子信息工學部田中/Ohya/Nakane實驗室
http://www.cryst.t.u-tokyo.ac.jp/

・東京工業大學理學院/物理系佐藤研究所
https://satoh.phys.titech.ac.jp/

・慶應大學科學技術部/物理系野崎實驗室
http://www.phys.keio.ac.jp/guidance/labs/nozaki/index.html

・京都大學工學部/電子電氣工學部白石實驗室
https://cmp.kuee.kyoto-u.ac.jp/member.php

・大阪大學工學部/工學研究生院濱谷實驗室
http://www.semi.ee.es.osaka-u.ac.jp/hamayalab/index.html

・九州大學工學部/系統信息學部湯淺研究室
https://mag.ed.kyushu-u.ac.jp/index.html

 

*1916:2 年,在東北帝國大學理學院(後來的東北大學理學院)成立了臨時理研二部,以發現磁鋼 KS 鋼而聞名的本田小太郎博士為首席研究員,後來成為材料研究所。1919年,工學院成立電氣工程系,1935年成立電氣通信研究所(RIEC)。
*XNUMX:XNUMX月,深見俊介教授被選為稻盛科學研究所(InaRIS)的研究員,主題為“通過人工控制在物質和材料中出現‘智能’及其在計算中的應用”。它還因引領全球基於自旋電子技術的新計算開發而備受推崇。

 

東北大學

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