長谷川 剛 (ハセガワ ツヨシ)

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所属

理工学術院 先進理工学部

職名

教授

ホームページ

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

兼担 【 表示 / 非表示

  • 法学学術院   法学部

  • 理工学術院   大学院先進理工学研究科

学内研究所等 【 表示 / 非表示

  • 2020年
    -
    2022年

    理工学術院総合研究所   兼任研究員

学歴 【 表示 / 非表示

  •  
    -
    1987年

    東京工業大学大学院   総合理工学研究科   材料科学専攻  

  •  
    -
    1985年

    東京工業大学   理学部   物理学科  

学位 【 表示 / 非表示

  • 東京工業大学   博士(理学)

経歴 【 表示 / 非表示

  • 2016年04月
    -
    2020年03月

    日本学術振興会 学術システム研究センター   数物系科学専門調査班   専門研究員

  • 2015年04月
    -
     

    早稲田大学 理工学術院 教授   Faculty of Science and Engineering

  • 2011年04月
    -
    2015年03月

    (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年10月
    -
    2015年03月

    (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年04月
    -
    2015年03月

    横浜市立大学大学院 客員教授   Graduate

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所属学協会 【 表示 / 非表示

  •  
     
     

    日本物理学会

  •  
     
     

    応用物理学会

  •  
     
     

    日本表面科学会

  •  
     
     

    応用物理学会 薄膜表面物理分科会

 

研究分野 【 表示 / 非表示

  • ナノマイクロシステム

  • ナノ構造化学

  • 半導体、光物性、原子物理

  • 電気電子材料工学

  • 薄膜、表面界面物性

論文 【 表示 / 非表示

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

    M. Araki, T. Hasegawa

    Jpn. J. Appl. Phys.   59   040605  2020年  [査読有り]  [招待有り]

    担当区分:最終著者

  • 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年  [査読有り]

  • 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年  [査読有り]

    担当区分:最終著者

  • 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年  [査読有り]

  • 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年  [査読有り]

    担当区分:最終著者

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書籍等出版物 【 表示 / 非表示

  • 「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年

  • '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年

  • '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年

  • 「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年

  • 「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年

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受賞 【 表示 / 非表示

  • SSDM Award

    2020年09月   'Quantum Point Contact Switch using Solid Electrochemical Reaction'  

    受賞者: T. Hasegawa, K. Terabe, T. Nakayama and M. Aono

  • 第28回つくば賞

    2017年11月   茨城県科学技術振興財団   「原子スイッチの発明と実用化のための研究」  

    受賞者: 寺部一弥, 長谷川剛, 青野正和

  • 第34回(2012年度)応用物理学会優秀論文賞

    2012年08月   応用物理学会   「Volatile/Nonvolatile Dual-Functional Atom Transistor」  

    受賞者: 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年04月   「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」  

    受賞者: 長谷川剛, 寺部一弥

  • MNC 2008 Award (Most Impressive Presentation)

    2009年11月   ‘Fabrication of Nanostructures Composed of Copper-Phthalocyanine Diacetylene Molecules’  

    受賞者: 大川祐司, 高城大輔, 長谷川剛, 青野正和

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共同研究・競争的資金等の研究課題 【 表示 / 非表示

  • 原子圧縮制御型分子シナプス素子の開発

    基盤研究(B)

    研究期間:

    2017年04月
    -
    2020年03月
     

     概要を見る

    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)

    研究期間:

    2017年04月
    -
    2020年03月
     

     概要を見る

    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)

    研究期間:

    2016年04月
    -
    2018年03月
     

     概要を見る

    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

  • 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

    研究期間:

    2016年04月
    -
    2018年03月
     

     概要を見る

    本研究では、原子単位でのドーパント制御技術の確立を目指して、電気化学ポテンシャルを利用したナノ構造体からの不純物原子の取り出し・注入に関する研究を行った。モデル材料である硫化銀ならびに金属酸化物である酸化タンタルを用いてナノドットを形成し、走査型トンネル顕微鏡を用いた電位制御により、不純物原子の取り出しや注入が可能であることを実証した。さらに、取り出したドーパント原子の量に依存した伝導度変化の測定にも成功し、提案した手法の有用性と汎用性を明らかにした

  • 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

    研究期間:

    2016年04月
    -
    2018年03月
     

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特定課題研究 【 表示 / 非表示

  • 原子圧縮制御型分子シナプス素子の開発

    2020年  

     概要を見る

    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年  

     概要を見る

    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年  

     概要を見る

    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。

  • 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年  

     概要を見る

    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。

 

現在担当している科目 【 表示 / 非表示

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