課題番号 ：S-20-OS-0035　
利用形態 ：機器利用
利用課題名（日本語） ：ポリマー配線を用いたニューラルネットワーク型情報回路の創成　
Program Title (English) ：Innovation of neural network circuits using conducting polymer wires
利用者名（日本語） ：赤井恵1,2), 竹嶌勇樹3), 萩原成基3), 新田純弥3), 関崎翔馬3)
Username (English) ：M. Akai-Kasaya1,2), Y. Takeshima3), N. Hagiwara3), A. Nitta3), S. Sekizaki3)
所属名（日本語） ：1) 大阪大学大学院理学研究科, 2) 北海道大学情報科学研究院,
3) 大阪大学大学院工学研究科
Affiliation (English) ：1) Graduate School of Science, Osaka University
2) Faculty of Information Science & Technology, Hokkaido University
3) Graduate School of Engineering, Osaka University

1．概要（Summary ）
本研究では導電性ポリマーとして知られるPEDOT:PSS(Poly(3,4,-ethylenedioxy-thiophene):polystyrene sulfonate)のワイヤー状重合成長を応用し、配線可能なアナログ抵抗変化メモリを開発することに成功した。

2．実験（Experimental）
【利用した主な装置】 レーザーラマン顕微鏡

【実験方法】
まず、ギャップ長50 µmの金電極ギャップをモノマーとドーパントの混合前駆体溶液に浸した。その後、電極間へ矩形波交流電圧を印加することで電極先端におけるPEDOT:PSSワイヤーの電解重合成長を誘起し、電極間を架橋させた。本実験ではこの得られたPEDOT:PSSワイヤーに関し、レーザーラマン顕微鏡を用いてラマンスペクトルを取得し、物性評価を行った。

3．結果と考察（Results and Discussion）
　PEDOT:PSSワイヤーが架橋した電極ギャップへ2.5 Vの電圧パルスを連続すると、陽極近傍のワイヤー径が局所的に増加した。その後大きさ1.5 V以下の小さな正負電圧パルスを連続印加すると、電極間抵抗値がパルスの極性に応じて連続的に増減する様子が観測された(Fig. 1)。
抵抗変化原理を探るべく、電極間が低抵抗及び高抵抗な時におけるPEDOT:PSSワイヤーのラマンスペクトルを取得したところ1430 cm-1付近に現れるピーク位置のシフト及び共鳴ラマン効果による検出散乱光強度の顕著な違いが、それらの間で見られた(Fig. 2)。先行研究より本結果は、得られた連続的・双方向的電極間コンダクタンス変化はPEDOT:PSSワイヤーのドーピングレベル変化に伴う導電性変化に起因していることが明らかになった。
　本成果により、シナプスのごとく可塑的に抵抗値を変えられる、配線性に富んだアナログ抵抗変化メモリが得られ、効率よくニューラルネットワーク演算を実行可能な情報処理回路の実現が将来期待できる。
Fig. 1 Change in conductance between the electrodes during continuous pulsing.
Fig. 2 Raman spectra for PEDOT:PSS wire at high-resistance state (HRS) or low-resistance state (LRS).
4．その他・特記事項（Others）
・参考文献: S. Garreau et al., Macromolgcthes 32, 6807-6812 (1999)
・装置の操作方法について御指導頂きました合成PF の支援員の方々に深く感謝致します。

5．論文・学会発表（Publication/Presentation）
(1) N. Hagiwara et al. Polymers 13, 312 (2021).
(2) N. Hagiwara et al. “Long- and Short-Term Conductance Control of Conductive Polymer Wire Synapses”, Joint Symposium of JSPS-DST Bilateral Research Project, online, Japan, (Feb. 24 2021).
(3) 萩原 成基 他, “ウェットウェア創生に向けたポリマーシナプス素子の開発”, 第81回応用物理学会秋季学術講演会, 9a-Z28-6, (オンライン開催), 2020年9月8-11日.

６．関連特許（Patent）
　なし。