分子コンピュータ
| 分子エレクトロニクス |
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これまでの半導体産業では、微細化に微細化を重ねてきた。言わばこれは「トップダウン(top
down)」の手法だ。しかし一方で、いっそのこと原子や分子といった物質の最小単位から、コンピュータを組みたててはどうかという「ボトムアップ(bottom
up)」の手法も考えられるようになってきた。 |
| DNAコンピュータ |
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現在のコンピュータの進歩は目を見張るものがあるが、弱点がないわけではない。数学者の間でよく知られている「ハミルトン経路問題」や「充足可能性問題」と呼ばれる、しらみ潰しに答を探す必要のある問題がそうだ。現在のコンピュータのそんな一面を補うことを期待して、現在研究が行なわれているのが、「量子コンピュ−タ」や「DNAコンピュータ」と呼ばれる、まったく新しいタイプのコンピュ−タだ。 |
| DNAチップ |
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これまで、患者が医者の診察を受けるとき、自分の症状をどのように伝えていただろうか？気持ちが悪い、寒気がする、走ると息切れがする…、といった感じだろう。これでは、医者が適切な判断を下すのは容易ではないだろう。しかしDNAチップを使えば、患者の症状を客観的に医者に伝えることが可能となるのだ。 |
| 量子コンピュータ |
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量子コンピュータが実現すると、インターネットなどで利用されている重要な暗号システムはすべて崩壊してしまう…、そういったセンセーショナルな内容の記事が、最近になって一般の新聞などで見うけられるようになってきた。 |
| スピントロニクス |
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これまでのエレクトロニクスは電子の電荷に基礎をおいていた。しかし電子にはもう一つ重要な性質、スピンが存在している。近年、この電子スピンをエレクトロニクスに積極的に取り入れようとする試みが強まってきた。 |
| 量子テレポーテーション、量子暗号 |
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量子テレポーテーションは、絶対に傍受されない暗号通信を可能にすることができると期待されているのだ。量子コンピュータと合わせて、将来の量子情報の基礎となると考えられている。テレポーテーションという言葉が付いただけで、何やらSFチックな印象がついてまわるが、この量子テレポーテーションについてできるだけ具体的に見ていこう。 |
| MRAM(Magnetic RAM) |
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MRAMはメモリに要求される条件をすべて満たすことができるかもしれない。これまでのメモリはすべて電子の電荷によって情報を保持していたのに対し、MRAMでは電子のスピンで情報を保持するようになっている。 |
ニュース；分子エレクトロニクス
「HP社の示した分子コンピュータへのロードマップ」 |
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ここ数年の間、年に一、二度のペースでヒューレット・パッカード(HP)社の分子コンピューティングに関する研究報告が、メディアで大々的に取り上げられている。最近のものでは今年の１月に、HP社のいう「分子コンピューティングの画期的な技術」というものが特許を取得したと大きく報道された。 |
有機エレクトロニクス
| 有機ELの科学；ホタルの発光から量子効率まで |
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最近話題になっている有機ELディスプレイは蛍光やりん光を利用したものだ。にわかには信じがたいが、有機ELディスプレイもホタルの光もその発光原理は共通しているのだ。身近なルミネッセンス現象を取り上げ、有機ELディスプレイとどのような共通点や相違点があるのかをみてみよう。 |
| 導電性高分子 |
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以前では高分子が価値を見出せなかったような分野でも、導電性高分子の登場で、様々な可能性が生まれつつある。例えばコンピュータデバイス材料というのは、真空管がその役目を終えてからというもの、ずっとシリコンなどの無機結晶半導体の一人舞台だった。しかし導電性高分子の登場によって、必ずしもそうとは言えなくなってきたのだ。 |
| 有機ELディスプレイ |
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今のディスプレイは「薄型＆フラット」がセールスポイントになっているが、じきにフラットではなくて「フレキシブル」というのが流行るかもしれない。有機ELディスプレイというのは、電気を光にかえる「エレクトロルミネッセンス」という現象を利用したディスプレイだ。... |
| 有機トランジスタ＆プリンタブル集積回路 |
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最近になって事情が変わってきた。急速に展開してきた有機エレクトロニクスにより、無機結晶の半導体ではなく導電性高分子を使ったトランジスタなどが試作されるようになってきた。いずれはプラスチックで出来た集積回路がインクジェットプリンタやハンコといったお手軽な装置で大量安価に作ることが可能になるだろう。 |
| 電子ペーパー、電子インク |
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電子ペーパーというのは、10分の数ミリ程度の厚さしかなく、電気的な手段でデータの表示・消去が可能なディスプレイである。見た目はクリアファイルの中に紙が挟まれているかのようで、液晶ディスプレイなどと比べても非常に見やすい。しかも、軽くて消費電力も小さいときている。 |
| 液晶ディスプレイ |
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とにかく薄型という点に関しては、CRTでは置き換えることができない。それもそのはずで、LCDはCRTとはまったく異なる原理にもとづいているのだ。具体的には、液晶分子のどういう性質を利用してLCDはできているのだろう？ |
ナノサイエンス
| 有機ELの科学；ホタルの発光から量子効率まで |
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最近話題になっている有機ELディスプレイは蛍光やりん光を利用したものだ。にわかには信じがたいが、有機ELディスプレイもホタルの光もその発光原理は共通しているのだ。身近なルミネッセンス現象を取り上げ、有機ELディスプレイとどのような共通点や相違点があるのかをみてみよう。 |
| スピントロニクス |
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これまでのエレクトロニクスは電子の電荷に基礎をおいていた。しかし電子にはもう一つ重要な性質、スピンが存在している。近年、この電子スピンをエレクトロニクスに積極的に取り入れようとする試みが強まってきた。 |
| メゾスコピックサイエンス |
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メゾスコピック領域というのは、現在のナノテクノロジー、ナノサイエンスとちょうど同じスケールにあたっている。メゾスコピックサイエンスは低温物理なども含めて幅広い分野で研究されているが、エレクトロニクス分野とのかかわりも深い。 |
| 自己組織化＆自己集合 |
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ナノテクノロジーが21世紀の重要な鍵となることは疑いようのないことだが、ナノテクをどれほど信用してよいかということになると、なかなか明快な答えは出てこない。 ナノテクの将来像を不鮮明なものにしている大きな要因は、現時点で大量生産の手段の見通しがほとんど立っていないことにある。しかし、その答えとなりそうなのが自己組織化である。 |
| 走査プローブ顕微鏡 |
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光学顕微鏡の分解能が低すぎるという問題、電子顕微鏡が試料を傷めてしまう問題などを解決するために考え出されたのが、「走査プローブ顕微鏡(SPM;Scaning Probe Microscope)」と呼ばれるものだった。このSPMは従来の顕微鏡とはまったく違った原理に基づいている。 |
ナノマテリアル
| カーボンナノチューブ |
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もはやナノテクの「顔」として定着し、改めて説明をする必要がなくなった「カーボンナノチューブ」だが、それでも科学的な興味や応用の幅の広さを考えると、強調しすぎることはないだろう。1991年の発見以来、常に科学的な関心と興奮の渦に包まれてきた。 |
| フラーレン |
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20年ほど前までは、もはや炭素化学では面白い発見はあり得ないだろうと言われていた。ところが、それまでの炭素化学をひっくり返すような大きな発見が起きたのだ。それがこのフラーレンである。おそらくC60は、分子のなかで最も対称性に優れ、かつ美しくといえるのではないだろうか。 |
| 量子ドット |
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量子ドットというのは半導体原子が数百個から数千個集まった10数nm程度の小さな塊である。では、なぜ量子ドットがこれほどまで注目されているのだろう？その大きな理由の一つに、量子ドットはそのサイズを変えることで、電子のエネルギー状態を簡単に変えることが出来るという変わった性質がある。つまり、量子ドットによって、まったく新しい材料の創出が可能になるというわけだ。 |
半導体デバイス基礎
ニュース;
青紫レーザー 究極の「青」はどうやって実現された？ |
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青色LED&レーザーの開発は、日本の小さな企業の研究員だった中村修二氏によってほとんど完成された。しかし、風変わりな研究スタイルや逸話、昔の勤め先である日亜化学との特許裁判など、サイドストーリーばかりが有名になってしまった一方で、その実現がどれだけ困難だったかを知る機会はあまりない。…
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| ICチップができるまで |
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例えばあなたの使っているIntelのPentium
IVのマイクロプロセッサには、トランジスタが4600万個も含まれている。手のひらに載る程度のチップにそれだけ多くの数のトランジスタが詰まっていることなど、とても想像できそうにもない。
ICの製造過程は、ウエハを用意してからチップが出来あがるまでだけでも300-500ステップほどあり、回路の設計やパッケージングなどまで含むと莫大な数のステップになる。 |
| 半導体 |
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導体、半導体、絶縁体の本質的な違いとは？この三つを区別する一つの目安に「抵抗率」というものがある。図にあるように、よく電気を通すものを「導体」、ほとんどあるいはまったく電気を通さないものを「絶縁体」、そして、その中間にあるのが「半導体」という具合だ。 |
| トランジスタ |
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トランジスタは現在のエレクトロニクス製品のほとんどに含まれており、重要な基礎を成している。またコンピュータの基本的な機能、例えば論理式・数式の評価、情報の蓄積などもトランジスタ一つ、もしくは複数から構成されている。 |
| 論理ゲート |
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電子計算機の様々な計算・判断それに記憶は、どのようにして行われているのだろうか？そういった処理は「論理回路」と呼ばれる部分によって実行されている。論理回路が基礎を置いているのは、19世紀のイギリスの数学者ブール(George
Boole)が考え出した「ブール代数」というものだ。それによると、理論表現は「真(TRUE)」または「偽(FAULSE)」のどちらかをとらなくてはいけないという。しかし考えてみれば、この二つの表現から出発し、あれほど複雑な処理が可能になるとは、にわかに信じがたい。 |
| アモルファスシリコン＆ポリシリコン |
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シリコンのような無機結晶の半導体は、規則正しい構造がほとんど無限に繰り返されている。半導体に電気が流れるとき、その規則正しい結晶構造のなかを電子が移動する。
ところが「アモルファスシリコン(a-Si;amorphous
silicon)」、「ポリシリコン(多結晶シリコン、p-Si;polysilicon)」は、こういった規則正しい構造を持たず、単結晶のシリコンにないようなユニークな性格が現れてくる。応用でもTFT液晶ディスプレイ、太陽電池と、単結晶シリコンと違ったところで活躍している。 |
| 半導体メモリ |
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一口にメモリと言っても様々なタイプのものがある。例えば「パソコンのメモリが128M,256M…」などということがあるが、これは「ランダムアクセスメモリ(RAM;Random
Access Memory)」のことだ。PDAやデジカメなどで使っているメモリは「フラッシュメモリ(Flash
Memory)」というもので、同じ半導体メモリでもRAMとはずいぶん性格が異なる。 |
| 発光ダイオード、LED |
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あたりを見回していると人工的な光はいくつも見当たるが、電気がもとになっている光にはどんなものがあるだろう？まず間違いなく、白熱灯が目に入る。蛍光灯もそうだろう。この二つに関しては、どこに行っても見ないことはない。ただ、他にも必ず見るものはないだろうか？そう、「発光ダイオード(LED,light
emitting diode)」だ。 |
| 半導体レーザー |
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光ファイバーなどの情報通信をはじめ、CDやDVDのデータストレージ、それに医療、鉄の切断などレーザーの応用範囲は実に広い。
そもそもレーザーの光と普通の光というのはどう違うのだろう？ちゃんと説明できるだろうか？どうして散乱せずにあれだけ明るい単色光が可能なのだろう？それにレーザーにはどのようなタイプのものがあるのだろう？鉄を切断するレーザーとCDプレイヤーのレーザーとではどう違うのだろう？ |
| ハードディスク |
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コンピュータ業界には集積回路の成長を予測するムーアの法則というものがあり、この業界を支える重要な柱となっている。その内容は18カ月で集積回路の性能がだいたい２倍になるというものである。
一方、ハードディスクについても同じように年を追うごとに面記録密度が上昇してきたが、こちらの場合は徐々にそのペースが速くなってきている。いや最近では、「徐々に」というより、「急激に」速くなっている。 |
その他
| 有機ELディスプレイ |
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今のディスプレイは「薄型＆フラット」がセールスポイントになっているが、じきにフラットではなくて「フレキシブル」というのが流行るかもしれない。有機ELディスプレイというのは、電気を光にかえる「エレクトロルミネッセンス」という現象を利用したディスプレイだ。... |
| 有機ELの科学；ホタルの発光から量子効率まで |
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最近話題になっている有機ELディスプレイは蛍光やりん光を利用したものだ。にわかには信じがたいが、有機ELディスプレイもホタルの光もその発光原理は共通しているのだ。身近なルミネッセンス現象を取り上げ、有機ELディスプレイとどのような共通点や相違点があるのかをみてみよう。 |
| 液晶ディスプレイ |
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とにかく薄型という点に関しては、CRTでは置き換えることができない。それもそのはずで、LCDはCRTとはまったく異なる原理にもとづいているのだ。具体的には、液晶分子のどういう性質を利用してLCDはできているのだろう？ |
| プラズマディスプレイ |
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100年近くテレビの主役を演じてきたブラウン管(CRT)には、超えることのできないいくつかの壁がある。最も特徴的なのが、大型化によって生じるいくつもの問題だ。大型化に伴って、CRTのディスプレイは厚みを極端に増し、また画像がどうしても不鮮明になってしまう。そんなCRTの問題をクリアできるのが「プラズマディスプレイ(PDP;Plasma Display Panel)」だ。 |
| 電界放出ディスプレイ |
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電界放出ディスプレイ(FED, Field Emission
Display)は、ブラウン管ディスプレイ(CRT)と液晶ディスプレイ(LCD)のおいしいとこ取りをしたようなディスプレイといえる。そのコンセプトを簡単に行ってしまうと、CRTにひとつだけある大きな電子銃を小さくして数を増やし、ピクセルごとに電子銃を配置したディスプレイといったところだろう。 |
| 電子ペーパー、電子インク |
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電子ペーパーというのは、10分の数ミリ程度の厚さしかなく、電気的な手段でデータの表示・消去が可能なディスプレイである。見た目はクリアファイルの中に紙が挟まれているかのようで、液晶ディスプレイなどと比べても非常に見やすい。しかも、軽くて消費電力も小さいときている。 |
| ホログラフィックメモリ |
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角砂糖程度の大きさで透明なキューブ状のものに、例えば映画なら100本以上、テレビ番組を一日丸ごと録画することができるということを想像できるだろうか？それを可能にするのが「ホログラフィックメモリ」だ。しかもこれはずっと先の技術ではなくて、あと数年で市場に出回り始めると考えられている。 |
| 光ディスク |
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今でもCDは代表的な光ディスクの一つだが、DVDが普及してきたおかげで、CDなどでは難しかった高画質な映像も楽しめるようになってきた。しかも、DVDよりも大容量なBlu-ray
Discはもうすぐそこまで来ている。ますます高画質で長編の映画をディスク一枚に収められるようになる。 |
| MRAM(Magnetic RAM) |
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MRAMはメモリに要求される条件をすべて満たすことができるかもしれない。これまでのメモリはすべて電子の電荷によって情報を保持していたのに対し、MRAMでは電子のスピンで情報を保持するようになっている。 |
| ハードディスク |
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コンピュータ業界には集積回路の成長を予測するムーアの法則というものがあり、この業界を支える重要な柱となっている。その内容は18カ月で集積回路の性能がだいたい２倍になるというものである。
一方、ハードディスクについても同じように年を追うごとに面記録密度が上昇してきたが、こちらの場合は徐々にそのペースが速くなってきている。いや最近では、「徐々に」というより、「急激に」速くなっている。 |
| 半導体メモリ |
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一口にメモリと言っても様々なタイプのものがある。例えば「パソコンのメモリが128M,256M…」などということがあるが、これは「ランダムアクセスメモリ(RAM;Random
Access Memory)」のことだ。PDAやデジカメなどで使っているメモリは「フラッシュメモリ(Flash
Memory)」というもので、同じ半導体メモリでもRAMとはずいぶん性格が異なる。 |
| 燃料電池 |
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近いうちに排気ガスとして「水」しか出さない自動車が登場するかもしれない。それは燃料電池を搭載した自動車だ。燃料電池自動車(FC車)は新聞やテレビでよく取り上げられるようになってきたから、多くの人が知っていることだろう。ただし、燃料電池は自動車の動力だけではなく、ノートパソコンや携帯電話の電源としても使用できる。 |
| DNAチップ |
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これまで、患者が医者の診察を受けるとき、自分の症状をどのように伝えていただろうか？気持ちが悪い、寒気がする、走ると息切れがする…、といった感じだろう。これでは、医者が適切な判断を下すのは容易ではないだろう。しかしDNAチップを使えば、患者の症状を客観的に医者に伝えることが可能となるのだ。 |
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