HASEGAWA, Tsuyoshi

写真a

Affiliation

Faculty of Science and Engineering, School of Advanced Science and Engineering

Job title

Professor

Homepage URL

http://www.f.waseda.jp/thasega/index.html

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Concurrent Post 【 display / non-display 】

  • Faculty of Law   School of Law

  • Faculty of Science and Engineering   Graduate School of Advanced Science and Engineering

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Research Institute 【 display / non-display 】

  • 2020
    -
    2022

    理工学術院総合研究所   兼任研究員

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Education 【 display / non-display 】

  • 　
    -
    1987

    Tokyo Institute of Technology   Interdisciplinary Graduate School of Science and Engineering   Materials Science  

  • 　
    -
    1985

    Tokyo Institute of Technology   Faculty of Science   Department of Physics  

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Degree 【 display / non-display 】

  • Tokyo Institute of technology   Ph. D (Physics)

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Research Experience 【 display / non-display 】

  • 2016.04
    -
    2020.03

    JSPS

  • 2015.04
    -
    　

    Waseda University   Faculty of Science and Engineering

  • 2011.04
    -
    2015.03

    （独）物質・材料研究機構 原子エレクトロニクスユニット ユニット長(兼務)

  • 2007.10
    -
    2015.03

    （独）物質・材料研究機構 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点 主任研究者

  • 2006.04
    -
    2015.03

    Yokohama City University   Graduate

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Professional Memberships 【 display / non-display 】

  • 　
    　
    　

    The Physical Society of Japan

  • 　
    　
    　

    The Japan Society of Applied Physics

  • 　
    　
    　

    The Surface Science Society of Japan

  • 　
    　
    　

    応用物理学会 薄膜表面物理分科会

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Research Areas 【 display / non-display 】

  • Nano/micro-systems

  • Nanometer-scale chemistry

  • Semiconductors, optical properties of condensed matter and atomic physics

  • Electric and electronic materials

  • Thin film/surface and interfacial physical properties

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Papers 【 display / non-display 】

  • Development of a metal oxide-based molecular-gap atomic switch for unconventional computing

    M. Araki, T. Hasegawa

    Jpn. J. Appl. Phys.   59   040605  2020  [Refereed]  [Invited]

    Authorship：Last author

  • Formation and dissolution of conductive channel in an Ag2S-islands network

    K. Ojima, T. Hasegawa, Y. Naitoh, H. shima, H. Akinaga

    Jpn. J. Appl. Phys.   59   SN1011  2020  [Refereed]

  • Reliable operation of a molecular-gap atomic switch in a vacuum achieved by covering with an ionic liquid

    C. Arima, Y. Naitoh, H. Shima, H. Akinaga, T. Hasegawa

    Jpn. J. Appl. Phys.   59   SIIF04  2020  [Refereed]

    Authorship：Last author

  • SiO2/Ta2O5 heterojunction ECM memristors: Physical nature of their low voltage operation with high stability and uniformity

    X. Guo, Q. Wang, X. Lv, H. Yang, K. Sun, D. Yang, H. Zhang, T. Hasegawa, D. He

    Nanoscale   12   4320 - 4327  2020  [Refereed]

  • Stable analog resistance change of a molecular-gap atomic switch over a wide range

    A. Kassai, T. Hasegawa

    Jpn. J. Appl. Phys.   59   SIIF01  2020  [Refereed]

    Authorship：Last author

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Books and Other Publications 【 display / non-display 】

  • 「環境・エネルギー材料ハンドブック」、材料編第9章9.1「原子スイッチ材料」、pp. 567-571

    長谷川剛

    オーム社  2011

  • 'Nanoionics and its device applications’, The Oxford Handbook of NANOSCIENCE AND TECHNOLOGY Vol.3: Applications (A. V. Narlikar & Y. Y. Fu), pp. 294-311

    T. Hasegawa, K. Terabe, T. Sakamoto, M. Aono

    Oxford University Press  2010

  • 'Nanoionics and its device applications’, The Oxford Handbook of NANOSCIENCE AND TECHNOLOGY Vol.3: Applications (A. V. Narlikar & Y. Y. Fu), pp. 294-311

    T. Hasegawa, K. Terabe, T. Sakamoto, M. Aono

    Oxford University Press  2010

  • 「走査プローブ顕微鏡」、第14章「原子•分子操作」、pp. 412-417.

    大川祐司, 長谷川剛, 青野正和

    共立出版  2009

  • 「走査プローブ顕微鏡」、第14章「原子•分子操作」、pp. 412-417.

    大川祐司, 長谷川剛, 青野正和

    共立出版  2009

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Awards 【 display / non-display 】

  • SSDM Award

    2020.09   Quantum Point Contact Switch using Solid Electrochemical Reaction

    Winner： T. Hasegawa, K. Terabe, T. Nakayama and M. Aono

  • Tsukuba Prize

    2017.11  

  • 第34回（2012年度）応用物理学会優秀論文賞

    2012.08   応用物理学会   「Volatile/Nonvolatile Dual-Functional Atom Transistor」

    Winner： 長谷川剛, 伊藤弥生美, 田中啓文, 日野貴美, 鶴岡徹, 寺部一弥, 宮崎久生, 塚越一仁, 小川琢二, 山口周, 青野正和

  • 物質・材料研究機構理事長賞研究功績賞

    2010.04   「原子スイッチの発明からその基礎研究ならびに実用化までの顕著な貢献」

    Winner： 長谷川剛, 寺部一弥

  • MNC 2008 Award (Most Impressive Presentation)

    2009.11   ‘Fabrication of Nanostructures Composed of Copper-Phthalocyanine Diacetylene Molecules’

    Winner： 大川祐司, 高城大輔, 長谷川剛, 青野正和

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Research Projects 【 display / non-display 】

  • 原子圧縮制御型分子シナプス素子の開発

    基盤研究(B)

    Project Year :

    2017.04
    -
    2020.03
     

    　View Summary

    ディープラーニングでは、シナプスの結合荷重を学習によって変化させることで脳型の情報処理を行っている。シナプス素子の可変抵抗域が大きいほど、より高度で複雑な情報処理が可能となる。本研究では、電極から析出させる金属原子で電極間に挟んだ分子を歪ませることで、連続的に大きな抵抗変化を示す新しいシナプス動作素子の実現を目指している。初年度となる平成29年度は、C60分子を測定対象として、走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）の探針の移動（押し付け）によるC60分子の圧縮ならびにそれに伴う電子状態変化計測を行った。その結果、圧縮に起因するバンドギャップの縮みなどC60分子の電子状態変化が観測できた。続いて、電圧印加によって銀原子の析出が可能な硫化銀をＳＴＭ探針として用い、探針位置を固定した状態で電圧・電流特性測定を行った。その結果、銀原子の析出する電圧条件でのみC60分子の電子状態が変化した。H30年度は、より清浄な試料の作成と装置改良による観察の高精度化を行った。その結果、金属原子析出量と電子状態変化との定性的な関係を得ることに成功した。金属原子の析出に必要とされるエネルギーおよび観測された電子状態変化に必要なC60分子の圧縮力の理論的考察を行ったところ、ほぼ一致した。これは、当初期待した通りの現象が起こっていることを示唆しており、最終目標にむけて研究が大きく前進した。また、以上の成果を纏めて、国際会議で発表するとともに、論文投稿も行った。本研究の最終目標である「原子圧縮制御型分子シナプス素子」の実現に最も不可欠な、電圧印加のみによるC60分子の圧縮ならびにその電子状態変化の観測に成功した。分担研究者との連携により、現象の定性的な理解に繋がる実験データの取得にも成功したことから、順調に進んでいると判断できる。当初計画に則り、C60分子の圧縮による電子状態変化の詳細を、走査トンネル分光法を用いることで明らかにする。特に、圧縮量と電子状態変化との定量的な関係を明らかにすることに主眼を置いた実験を行う。圧縮量を精密に制御できる走査型トンネル顕微鏡(STM)、圧縮力を精密に制御できる原子間力顕微鏡(AFM)の双方を用いた実験を行い、それぞれで得られた電流電圧測定結果を比較することにより、電気的に圧縮可能な（集積化可能な）原子圧縮制御型分子シナプス素子の学術的基盤を確立する。この精密な実験には、精密な測定手法の開発と清浄な表面を有する試料が不可欠であり、最終年度となるH31年度も上記測定と併せて装置改良と試料作製に関する実験を継続して行っていく

  • 原子圧縮制御型分子シナプス素子の開発

    基盤研究(B)

    Project Year :

    2017.04
    -
    2020.03
     

    　View Summary

    ディープラーニングでは、シナプスの結合荷重を学習によって変化させることで脳型の情報処理を行っている。シナプス素子の可変抵抗域が大きいほど、より高度で複雑な情報処理が可能となる。本研究では、電極から析出させる金属原子で電極間に挟んだ分子を歪ませることで、連続的に大きな抵抗変化を示す新しいシナプス動作素子の実現を目指している。初年度となる平成29年度は、C60分子を測定対象として、走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）の探針の移動（押し付け）によるC60分子の圧縮ならびにそれに伴う電子状態変化計測を行った。その結果、圧縮に起因するバンドギャップの縮みなどC60分子の電子状態変化が観測できた。続いて、電圧印加によって銀原子の析出が可能な硫化銀をＳＴＭ探針として用い、探針位置を固定した状態で電圧・電流特性測定を行った。その結果、銀原子の析出する電圧条件でのみC60分子の電子状態が変化した。H30年度は、より清浄な試料の作成と装置改良による観察の高精度化を行った。その結果、金属原子析出量と電子状態変化との定性的な関係を得ることに成功した。金属原子の析出に必要とされるエネルギーおよび観測された電子状態変化に必要なC60分子の圧縮力の理論的考察を行ったところ、ほぼ一致した。これは、当初期待した通りの現象が起こっていることを示唆しており、最終目標にむけて研究が大きく前進した。また、以上の成果を纏めて、国際会議で発表するとともに、論文投稿も行った。本研究の最終目標である「原子圧縮制御型分子シナプス素子」の実現に最も不可欠な、電圧印加のみによるC60分子の圧縮ならびにその電子状態変化の観測に成功した。分担研究者との連携により、現象の定性的な理解に繋がる実験データの取得にも成功したことから、順調に進んでいると判断できる。当初計画に則り、C60分子の圧縮による電子状態変化の詳細を、走査トンネル分光法を用いることで明らかにする。特に、圧縮量と電子状態変化との定量的な関係を明らかにすることに主眼を置いた実験を行う。圧縮量を精密に制御できる走査型トンネル顕微鏡(STM)、圧縮力を精密に制御できる原子間力顕微鏡(AFM)の双方を用いた実験を行い、それぞれで得られた電流電圧測定結果を比較することにより、電気的に圧縮可能な（集積化可能な）原子圧縮制御型分子シナプス素子の学術的基盤を確立する。この精密な実験には、精密な測定手法の開発と清浄な表面を有する試料が不可欠であり、最終年度となるH31年度も上記測定と併せて装置改良と試料作製に関する実験を継続して行っていく

  • 分子被覆硫化銀微粒子による綱引きモデル型情報処理の基本動作実証

    新学術領域研究（研究領域提案型）

    Project Year :

    2016.04
    -
    2018.03
     

    　View Summary

    本研究では、「硫化銀微粒子から成長可能な銀ワイヤーの高さには限界がある」という前回の公募研究の成果を用いて、集積可能な固体材料による「綱引きモデル」に基づく情報処理システムの動作実証を行うことを目的としている。最終年度となる平成29年度は、分子膜をギャップ層とする素子構造の作製とその動作特性評価に注力した。なお、綱引き動作に基づく銀ナノワイヤーの成長と収縮はこの素子構造では分子膜中で起こる。分子膜中を成長する銀ナノワイヤーの動作を詳細に観察した結果、入力電圧の大きさや頻度に依存した短期記憶や長期記憶に基づく素子動作、ならびに確率動作が起こっていることが判明した。これらは、硫化銀内部の銀イオン分布の時間変化に加えて、分子膜中における銀ワイヤーの成長が容易に起こり、かつ、その崩壊現象も期待通りに起こっていることを示している。これらの現象を用いた情報処理の実現には素子の集積化が不可欠であることから、集積化が容易な縦型素子構造の開発にも取り組んだ。具体的には、銀ナノワイヤーの成長源となる固体電解質電極として、集積化に適した酸化タンタルと銀の共蒸着膜を用い、その上下に分子膜と対向金属電極を配置した素子を作製した。その結果、それぞれの分子膜中での銀ナノワイヤーの成長と収縮の制御には成功したが、綱引き動作の実現には至らなかった。この原因は、固体電解質電極のサイズと分子膜厚の最適化が為されていなかったことにあると考えられる。今後、素子サイズならびに素子作製プロセスの最適化を行うことで、研究をさらに発展させて行く予定である。29年度が最終年度であるため、記入しない。29年度が最終年度であるため、記入しない

  • Electrochemical control of the number of dopant atoms

    Project Year :

    2016.04
    -
    2018.03
     

    　View Summary

    In order to develop a technique that can control the number of dopant atoms in a medium such as one by one, we studied the method based on the electrochemical potential. Silver sulfide nanodots were used as model systems for removing/dissolving dopant Ag atoms from/into the nanodots. By applying an electric field in the silver sulfide nanodots by a scanning tunneling microscope, we succeeded in controlled removal/dissolution of Ag dopant atoms from/into the silver sulfide nanodots. The similar control was also achieved using Ag-doped Ta2O5 nanodots. Measurement of a change in resistance due to the removal/dissolution using silver sulfide nanodots revealed that the developed technique can control the resistivity of a medium

  • 電気化学ポテンシャルを利用した原子単位でのドーパント数制御技術の開発

    挑戦的萌芽研究

    Project Year :

    2016.04
    -
    2018.03
     

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Specific Research 【 display / non-display 】

  • 原子圧縮制御型分子シナプス素子の開発

    2020  

    　View Summary

    素子機能を利用したスパイクタイミング依存可塑性とその応用に関する研究を行った。金属イオンの拡散とその酸化還元反応を利用してナノギャップ中に金属原子を析出させるギャップ型原子スイッチでは、印加電圧のオンオフに伴い電極内の金属イオンが行きつ戻りつする。電極表面直下の金属イオン濃度が臨界値に達すると金属原子の析出が始まることから、パルス電圧印加間隔に依存して析出量が決まることが期待された。この特性を利用すれば生体シナプスにおける特徴的な機能「スパイクタイミング依存可塑性」を再現できると考え、シナプス素子構造を試作し、パルス印加実験を行った。その結果、基本的な動作実証に成功した。

  • 幅広い抵抗領域で連続的に変化するシナプス動作素子の開発

    2016  

    　View Summary

    金属酸化物系材料を主材料とするギャップ型原子スイッチを実現し、半導体回路との集積化を可能とすることで、脳型情報処理技術の飛躍的な発展に資することを目的として研究を行った。金属酸化物として酸化タンタルを用い、析出・固溶金属として銀および銅を用いて試料を作製した。原子間力顕微鏡を用いてスイッチング動作の基本現象である金属原子の析出と固溶の制御が可能であることを確認した。さらに、ギャップ層として有機分子薄膜を用いて素子構造を作製し、その素子動作の実証実験を行った。その結果、硫化物を用いた従来型のギャップ型原子スイッチと同等の素子動作を実現することができた。以上により、本研究の目的をすべて達成することができた。

  • 単一イオン輸送制御とその情報処理応用に関する基礎研究

    2015  

    　View Summary

    本研究では、単一イオン輸送制御とその情報処理応用を目指して、イオンの供給源となるナノドットの作製手法の開発を行った。具体的には、ナノ球リソグラフィー法を用いたイオン伝導体ナノドットを作製するプロセスを確立した。

  • 単一イオン輸送制御とその情報処理応用に関する基礎研究

    2015  

    　View Summary

    本研究では、単一イオン輸送制御とその情報処理応用を目指して、ナノ球リソグラフィーを用いた固体電解質ナノドットの作製と、同ナノドットからのイオン取り出し実験を行った。その結果、電位制御によるイオン取り出しとその輸送が可能であることを示唆する実験結果が得られた。

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Syllabus 【 display / non-display 】

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