ペサハ・ベンソン著 • 2026年3月24日

エルサレム、2026年3月24日（TPS-IL） — イスラエルと日本の科学者チームが、ほとんど電力を必要としないグラフェン・スイッチを開発した。この発見は、コンピューティングに革命をもたらし、超低エネルギーデバイスを可能にし、ニューロモルフィック（脳型）プロセッサのような未来技術を現実のものに近づける可能性があると、テルアビブ大学が火曜日に発表した。

日本のつくば市にある物質・材料研究機構の研究者も参加したこの研究は、すでに非常に強く、薄く、導電性があることで知られる炭素原子の単一層であるグラフェンに焦点を当てた。しかし、その特性は、複数のグラフェン層がどのように積み重ねられるかによって劇的に変化する可能性がある。これまで、積層配置を変更するには多くのエネルギーが必要であり、実用には複雑すぎた。

新しい研究はこの問題を克服した。テルアビブ大学物理・天文学部教授のモーシェ・ベン＝シャローム氏の監督の下、ニマル・ロイ博士とペンギュア・イン博士が率いるチームは、層が直接接触したまま周囲の領域がほとんど摩擦のない層で分離されている、幅数十ナノメートルの小さなグラフェンの「島」を作成した。この設計により、1つのグラフェン層が別の層の上を滑り、ほとんどエネルギーを使わずに積層配置を変更できる。多くの場合、変化が始まると、追加の入力なしに自己継続する。

「これはナノスケールでの電子部品の設計方法を変える可能性を秘めた画期的な成果です」とベン＝シャローム氏は述べた。「化学結合を破壊して再構築する代わりに、原子層を互いに滑らせるだけで済みます。これははるかに高速で効率的な自然なプロセスです。」

チームはまた、隣接する島々をリンクできることを発見した。これにより、ある島での変化が他の島での変化を引き起こすことができる。この種の領域間の機械的な「通信」は、脳内のニューロンの相互作用に似ており、ニューロモルフィックコンピューティングとして知られる脳機能を模倣するコンピュータの開発を可能にする可能性がある。

ニューロモルフィックコンピューティングは、従来のコンピュータよりも人間の脳のように動作する新しいタイプのコンピュータ設計である。タスクを段階的に処理するのではなく、人工ニューロンのネットワークを使用し、並列処理、新しい情報への適応、経験からの学習が可能である。これにより、画像認識、音声理解、ロボット制御などのタスクにおいて、はるかにエネルギー効率が高く高速になる。

ロイ氏は、「材料内の異なる領域間の相互作用を設計できる能力は、高度なエレクトロニクスだけでなく、脳にヒントを得たコンピューティングシステムにも新たな可能性を開く。かつては純粋に理論的な物理現象を、動作する技術に変えることに近づいている。」と説明した。

その影響は大きい。「この方法は、ナノスケールでスマートな電子システムを作成することを可能にするかもしれない。これらのシステムは、消費エネルギーが少なく、発熱が少なく、これまで純粋に理論的に思われていた方法で複雑な操作を実行できる」とベン＝シャローム氏は説明した。

コンピューティングを超えて、グラフェン・スイッチは小型センサーやスマートナノデバイスに使用できる。小型で低消費電力のセンサーは、エネルギーを消費することなく、長期間にわたって環境、病状、またはウェアラブルデバイスを監視できる。スライド層機構は最小限の熱しか発生しないため、過熱が懸念される高速エレクトロニクスやコンパクトシステムに最適である。長期的には、このアプローチにより、自律型マイクロロボット、医療用インプラント、複雑なタスクを実行するナノスケールスマートデバイスが可能になる可能性がある。

この研究は、査読付きの学術誌『Nature Nanotechnology』に掲載された。