JP2002090939A - 光記憶素子 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 光誘起相転移物質を用いて、消費エネルギー
が小さく、情報記憶の寿命が長い、光で書き込み消去可
能な光記憶素子を提供する。 【解決手段】 a状態が安定な物質からなるαユニッ
ト、b状態が安定な物質からなるβユニットの二種類の
光誘起相転移物質を超格子的に組んだ光照射によって情
報の書き込み、消去を行う光記憶素子。
が小さく、情報記憶の寿命が長い、光で書き込み消去可
能な光記憶素子を提供する。 【解決手段】 a状態が安定な物質からなるαユニッ
ト、b状態が安定な物質からなるβユニットの二種類の
光誘起相転移物質を超格子的に組んだ光照射によって情
報の書き込み、消去を行う光記憶素子。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は光照射によって情報の書
き込み、消去を行う新しい素子に関し、書き込み、消去
の双方向ともに光で記憶でき、現行の物より省電力での
動作を目的とする。
き込み、消去を行う新しい素子に関し、書き込み、消去
の双方向ともに光で記憶でき、現行の物より省電力での
動作を目的とする。
【０００２】
【従来の技術】従来の記憶装置において、光照射によっ
て情報の書き込みを行っている物として、DVD-RAMがあ
げられる。 しかしながらこれは光照射によって融点ま
で温度を上げ、それからの冷却過程によって結晶あるい
はアモルファスにすることにより情報記憶をコントロー
ルしている。つまり、光照射は温度上昇に用いられてお
り、多大なエネルギーが必要である。光誘起相転移物質
を用いて、熱による相転移でなく、光エネルギーをその
まま構造相転移に利用する研究が近年進められている
[文部省特定領域研究B「光誘起相転移とその動力学」 htt
p://h-pipt.phys.nagoya-u.ac.jp/project/index.htm
l]。このような光誘起相転移物質の一例としてプルシア
ンブルー型鉄コバルト錯体があげられる。［橋本他「電
解合成法により製膜した機能性分子磁性材料」：電気化
学及び工業物理化学、Vol.66,No.5,p479(1988)］ 図1に示すようにこの物質は異なる波長の光を用いて双
方向のスイッチングが可能である。また、その他にもス
ピンクロスオーバー錯体などいくつかの物質で光誘起相
転移現象が発見されている。有機電荷移動錯体TTF-CAに
ついては一つのフォトンで300分子程度の構造変化を誘
起することが報告されており［Koshihara et al., 'Pho
toinduced cooperative charge transfer in low dimen
sional organic crystals.': J. Phys. Chem. B., 103,
p2592 (1999)］、上記の温度変化による構造変化より
も低エネルギー化が期待できる。しかしながら、現在発
見されている光誘起構造変化を起こす物質は動作温度が
低い、情報記憶の寿命が短いなどの欠点があり実用化に
は至っていない。
て情報の書き込みを行っている物として、DVD-RAMがあ
げられる。 しかしながらこれは光照射によって融点ま
で温度を上げ、それからの冷却過程によって結晶あるい
はアモルファスにすることにより情報記憶をコントロー
ルしている。つまり、光照射は温度上昇に用いられてお
り、多大なエネルギーが必要である。光誘起相転移物質
を用いて、熱による相転移でなく、光エネルギーをその
まま構造相転移に利用する研究が近年進められている
[文部省特定領域研究B「光誘起相転移とその動力学」 htt
p://h-pipt.phys.nagoya-u.ac.jp/project/index.htm
l]。このような光誘起相転移物質の一例としてプルシア
ンブルー型鉄コバルト錯体があげられる。［橋本他「電
解合成法により製膜した機能性分子磁性材料」：電気化
学及び工業物理化学、Vol.66,No.5,p479(1988)］ 図1に示すようにこの物質は異なる波長の光を用いて双
方向のスイッチングが可能である。また、その他にもス
ピンクロスオーバー錯体などいくつかの物質で光誘起相
転移現象が発見されている。有機電荷移動錯体TTF-CAに
ついては一つのフォトンで300分子程度の構造変化を誘
起することが報告されており［Koshihara et al., 'Pho
toinduced cooperative charge transfer in low dimen
sional organic crystals.': J. Phys. Chem. B., 103,
p2592 (1999)］、上記の温度変化による構造変化より
も低エネルギー化が期待できる。しかしながら、現在発
見されている光誘起構造変化を起こす物質は動作温度が
低い、情報記憶の寿命が短いなどの欠点があり実用化に
は至っていない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、光誘起相転
移物質を用いて、高速かつ，消費エネルギーが小さく、
情報記憶の寿命が長い、光で書き込み消去可能な光記憶
素子を提供するものである。まず、光誘起構造変化の理
論を簡単に説明する。用いる物質は図２のように二つの
安定構造をもつ。ある安定構造から光照射により別の状
態に遷移させてやり、その後構造緩和を経てもう一つの
状態に陥る。ここで重要なことは物質内の構成単位間に
働く相互作用の存在である。各構成単位間に状態を同じ
にするような相互作用が働いている系ではいくつかの状
態を遷移させるだけで協力的に構造全体が変化を起こ
す。その一例を以下に示す。図3は相安定性の原因が体
積膨張、すなわち原子間距離において安定である長さが
二種類ある場合を示している。この場合、(a)、(b)は安
定構造となるが、その共存相である(c)については(a)相
と(b)相の境界でエネルギー的に損であるため不安定で
ある。その結果、この物質は(a)、(b)どちらかの構造に
結晶全体でそろえようとするのである。これが協力的相
互作用の一例である。では次に、光照射により(b)相か
ら(a)相へと構造変化させたことを考える。この場合、
(b)相中の一つのユニットをa状態に変化させたものが
(c)である。前述した通り、このような共存状態はエネ
ルギー的に損であるので(a),(b)どちらかの相になろう
とするが、b状態のユニット数がa状態の物より非常に多
いために(b)相に戻ることになる。だから、(b)相から
(a)相へ変化させるためには、多くのa状態を作り出す必
要があり、かなりの光照射量が必要になる。
移物質を用いて、高速かつ，消費エネルギーが小さく、
情報記憶の寿命が長い、光で書き込み消去可能な光記憶
素子を提供するものである。まず、光誘起構造変化の理
論を簡単に説明する。用いる物質は図２のように二つの
安定構造をもつ。ある安定構造から光照射により別の状
態に遷移させてやり、その後構造緩和を経てもう一つの
状態に陥る。ここで重要なことは物質内の構成単位間に
働く相互作用の存在である。各構成単位間に状態を同じ
にするような相互作用が働いている系ではいくつかの状
態を遷移させるだけで協力的に構造全体が変化を起こ
す。その一例を以下に示す。図3は相安定性の原因が体
積膨張、すなわち原子間距離において安定である長さが
二種類ある場合を示している。この場合、(a)、(b)は安
定構造となるが、その共存相である(c)については(a)相
と(b)相の境界でエネルギー的に損であるため不安定で
ある。その結果、この物質は(a)、(b)どちらかの構造に
結晶全体でそろえようとするのである。これが協力的相
互作用の一例である。では次に、光照射により(b)相か
ら(a)相へと構造変化させたことを考える。この場合、
(b)相中の一つのユニットをa状態に変化させたものが
(c)である。前述した通り、このような共存状態はエネ
ルギー的に損であるので(a),(b)どちらかの相になろう
とするが、b状態のユニット数がa状態の物より非常に多
いために(b)相に戻ることになる。だから、(b)相から
(a)相へ変化させるためには、多くのa状態を作り出す必
要があり、かなりの光照射量が必要になる。
【０００４】
【課題を解決するための手段】従来の光誘起相転移物質
について重要なことは、図2のようなポテンシャル形状
を持つ物質を探すことであった。図４の場合は、二つの
相安定構造のエネルギー差が大きい。 この場合，光照
射によって生み出された新しい状態は熱的な緩和により
元の状態にもどってしまう。すなわちこれは情報の記憶
が失われることになる。よって、書き込み消去に適した
光記憶素子は、双方向光誘起相変化を起こすためには二
つの相のエネルギーがかなり接近している必要があり、
このような物質を探索しなければならなかった。
について重要なことは、図2のようなポテンシャル形状
を持つ物質を探すことであった。図４の場合は、二つの
相安定構造のエネルギー差が大きい。 この場合，光照
射によって生み出された新しい状態は熱的な緩和により
元の状態にもどってしまう。すなわちこれは情報の記憶
が失われることになる。よって、書き込み消去に適した
光記憶素子は、双方向光誘起相変化を起こすためには二
つの相のエネルギーがかなり接近している必要があり、
このような物質を探索しなければならなかった。
【０００５】本発明において用いるいくつかの空間的な
単位について定義する。最も小さい単位はa状態あるい
はb状態をとる最小の単位である。これを「サイト」と呼
ぶ。実際にはa状態、b状態はスピン状態などを意味する
ことが多く、その場合は一つのスピンの構成単位であ
る、一原子や、一分子を意味する。「ユニット」という言
葉を同じ種類のサイトの集合体の意味で用いる。つま
り、図５(a)における一つの正方形を意味する。今回議
論する最大のブロックを「システム」と呼ぶ。図５(b-
1)、(b-2)、図６などに示したブロックを意味する。実
際にはこれが一つの情報を記録する単位となり、これ全
体がa状態、b状態になることが情報の記録となる。この
システム全体が一つの状態に統一されたものを「相」と
よぶ。また、システムとして、複数のユニットを人工的
に組み合わせて作成されたものを「超格子システム」と呼
ぶ。これらには大きく分けて、一次元超格子、二次元超
格子、三次元超格子がある。これらの例を図6に示す。
単位について定義する。最も小さい単位はa状態あるい
はb状態をとる最小の単位である。これを「サイト」と呼
ぶ。実際にはa状態、b状態はスピン状態などを意味する
ことが多く、その場合は一つのスピンの構成単位であ
る、一原子や、一分子を意味する。「ユニット」という言
葉を同じ種類のサイトの集合体の意味で用いる。つま
り、図５(a)における一つの正方形を意味する。今回議
論する最大のブロックを「システム」と呼ぶ。図５(b-
1)、(b-2)、図６などに示したブロックを意味する。実
際にはこれが一つの情報を記録する単位となり、これ全
体がa状態、b状態になることが情報の記録となる。この
システム全体が一つの状態に統一されたものを「相」と
よぶ。また、システムとして、複数のユニットを人工的
に組み合わせて作成されたものを「超格子システム」と呼
ぶ。これらには大きく分けて、一次元超格子、二次元超
格子、三次元超格子がある。これらの例を図6に示す。
【０００６】我々の本発明における基本的な提案は、図
4に示すようなポテンシャル形状を持つ二種類の物質を
超格子的に組むことにより上記のいくつかの問題点を解
決できるというものである。b状態が安定な物質から作
られたユニットをβユニットと呼ぶ。図5(a)に3種類の
異なるポテンシャル形状を持つ物質を示した。それぞれ
いくつかのサイトの集合体である。(b-1)従来の光誘起
相転移物質。一つのユニットで構成されている。(b-2)
今回提案する素子。異なるポテンシャル形状を持つ物質
を超格子化する。これまでは、一番上のa状態とb状態が
ほぼ同じエネルギーを持つ物質が議論されて来た。真中
および下の物質はどちらかが安定であるポテンシャル形
状を持っている。a状態が安定な物質から作られたユニ
ットをαユニット、b状態が安定な物質からなるものを
βユニットと呼ぶ。(b-1)が従来のa,b両状態のエネルギ
ーがほぼ同じ物質から作られた一様な素子であり、数個
の分子から成るクラスタで一つの情報を記憶する。
4に示すようなポテンシャル形状を持つ二種類の物質を
超格子的に組むことにより上記のいくつかの問題点を解
決できるというものである。b状態が安定な物質から作
られたユニットをβユニットと呼ぶ。図5(a)に3種類の
異なるポテンシャル形状を持つ物質を示した。それぞれ
いくつかのサイトの集合体である。(b-1)従来の光誘起
相転移物質。一つのユニットで構成されている。(b-2)
今回提案する素子。異なるポテンシャル形状を持つ物質
を超格子化する。これまでは、一番上のa状態とb状態が
ほぼ同じエネルギーを持つ物質が議論されて来た。真中
および下の物質はどちらかが安定であるポテンシャル形
状を持っている。a状態が安定な物質から作られたユニ
ットをαユニット、b状態が安定な物質からなるものを
βユニットと呼ぶ。(b-1)が従来のa,b両状態のエネルギ
ーがほぼ同じ物質から作られた一様な素子であり、数個
の分子から成るクラスタで一つの情報を記憶する。
【０００７】本発明の光記憶素子を端的に示せば、α、
β両ユニットを超格子として組んだ(b-2)，あるいは図
６のような素子である。この図程度の大きさのクラスタ
で一つの情報を記憶する。a相の超格子構造に光照射を
行いb相にすることを考える。相転移は一般的には核形
成、すなわちある程度の大きさになるまでに非常に時間
がかかり，それを超えると急速に変化が進む傾向が見ら
れる。(b-1)のような一様な構造の場合は核生成に多く
の時間を要する。しかし、それに対して(b-2)に示すよ
うな超格子構造ではβユニットは局所的にはb相の方が
安定なので速やかにｂ相に移行する。これが核の役割を
なして結局短時間で相変化が完了する。短時間で完了す
ることはすなわち光照射時間の短縮を意味しており、そ
れは省電力化につながる。また、βユニットをb相にす
るには弱い光で可能であるため、その意味でも省電力化
が実現する。また、一様な素子の場合と異なり、a相とb
相のエネルギーが異なっていてもいいので、物質探索の
面からしても非常に選択肢が広がる。
β両ユニットを超格子として組んだ(b-2)，あるいは図
６のような素子である。この図程度の大きさのクラスタ
で一つの情報を記憶する。a相の超格子構造に光照射を
行いb相にすることを考える。相転移は一般的には核形
成、すなわちある程度の大きさになるまでに非常に時間
がかかり，それを超えると急速に変化が進む傾向が見ら
れる。(b-1)のような一様な構造の場合は核生成に多く
の時間を要する。しかし、それに対して(b-2)に示すよ
うな超格子構造ではβユニットは局所的にはb相の方が
安定なので速やかにｂ相に移行する。これが核の役割を
なして結局短時間で相変化が完了する。短時間で完了す
ることはすなわち光照射時間の短縮を意味しており、そ
れは省電力化につながる。また、βユニットをb相にす
るには弱い光で可能であるため、その意味でも省電力化
が実現する。また、一様な素子の場合と異なり、a相とb
相のエネルギーが異なっていてもいいので、物質探索の
面からしても非常に選択肢が広がる。
【０００８】
【実施の形態】我々の提案をより強固なものにするため
に古典イジングモデルによるシミュレーションを行っ
た。ハミルトニアンすなわちシステムの全エネルギーは
以下のモデルを用いた。
に古典イジングモデルによるシミュレーションを行っ
た。ハミルトニアンすなわちシステムの全エネルギーは
以下のモデルを用いた。
【式１】 ここで、Si はi サイトの状態を表し、a状態にある場合
1/2をとり，b状態にある場合-1/2をとるものとする。ま
た、dは近接原子(分子)間について和をとるものとす
る。すなわち、隣同士の原子(分子)間で同じ状態をとる
場合第一項の和の一つは-2J * (1/2) * (1/2) = -J/2を
とり、異なった状態の場合はJ/2をとる。つまり、隣同
士の原子間で同じ状態の場合と異なる状態の場合でJだ
け異なるということである。第二項はサイトごとの傾向
を表す。つまり、D<0の場合、a状態(Si =1/2)の方がb状
態(Si =-1/2)よりもDだけエネルギーが低いことになり
図5のaサイトを意味する。5(b-1)に示した一様なシステ
ムはD=0であらわすことができ，5(b-2)の超格子システ
ムは D＜0(aユニット)の部分と、D＞0(bユニット)の混
在であらわすことができる。a相に光照射を行い，b相に
することを考える。光照射は一度の光吸収でa状態にあ
るサイト一つをb状態にする効果があるとした。
1/2をとり，b状態にある場合-1/2をとるものとする。ま
た、dは近接原子(分子)間について和をとるものとす
る。すなわち、隣同士の原子(分子)間で同じ状態をとる
場合第一項の和の一つは-2J * (1/2) * (1/2) = -J/2を
とり、異なった状態の場合はJ/2をとる。つまり、隣同
士の原子間で同じ状態の場合と異なる状態の場合でJだ
け異なるということである。第二項はサイトごとの傾向
を表す。つまり、D<0の場合、a状態(Si =1/2)の方がb状
態(Si =-1/2)よりもDだけエネルギーが低いことになり
図5のaサイトを意味する。5(b-1)に示した一様なシステ
ムはD=0であらわすことができ，5(b-2)の超格子システ
ムは D＜0(aユニット)の部分と、D＞0(bユニット)の混
在であらわすことができる。a相に光照射を行い，b相に
することを考える。光照射は一度の光吸収でa状態にあ
るサイト一つをb状態にする効果があるとした。
【０００９】図７は5(b-1)に対応する一様システムの結
果である。横軸は光照射をはじめてからの時間であり、
縦軸Rbはb状態をとるサイトの比率を表している。ま
た、Pは単位時間あたりの光吸収量、すなわち光照射の
強さを表している。光照射の強い順に（１）Ｐ＝０．１
４０、（２）Ｐ＝０．１３０、（３）Ｐ＝０．１２０、
（４）Ｐ＝０．１１０、（５）Ｐ＝０．１００につい
て、計算した。これより、光照射をはじめてある程度の
時間、Rbは一定の値でとどまり、ある時間に急激に増加
することがわかる。これはb状態にあるサイトがある程
度以上の密度になる場所が生まれたときにそこが核とな
って急激にb状態への変化が進むことをあらわしてい
る。また、光照射の強さを弱くするとb相へ変化する時
間が長くなる。これは上述の核となる場所が生まれるの
に時間がかかることに由来する。最後にP<0.1以下ではb
相へは変化していない。これはある程度の光照射が無け
れば転移を起こさないことを意味している。図８は図5
(b-2)に示した超格子システムに対するものである。一
つのユニットは一辺5サイトの立方体を仮定し，システ
ムは一辺10ユニットの立方体を仮定した。つまり、一つ
のシステムは一辺50サイトの立方体であり、その中が市
松模様状にaユニットとbユニットが混在しているもので
ある。つまり図6(c)の構造をとっている。まず、一様シ
ステムに比べてb相に変化する時間が非常に短くなるこ
とがわかる。これはbユニットにおいてb状態が安定であ
るために、そこに核ができやすいことに由来している。
また、一様システムでは相変化を起こさなかったP=0.1
の場合でも変化が起き、超格子システムはより少ない光
照射量で変化を誘起できることがわかる。
果である。横軸は光照射をはじめてからの時間であり、
縦軸Rbはb状態をとるサイトの比率を表している。ま
た、Pは単位時間あたりの光吸収量、すなわち光照射の
強さを表している。光照射の強い順に（１）Ｐ＝０．１
４０、（２）Ｐ＝０．１３０、（３）Ｐ＝０．１２０、
（４）Ｐ＝０．１１０、（５）Ｐ＝０．１００につい
て、計算した。これより、光照射をはじめてある程度の
時間、Rbは一定の値でとどまり、ある時間に急激に増加
することがわかる。これはb状態にあるサイトがある程
度以上の密度になる場所が生まれたときにそこが核とな
って急激にb状態への変化が進むことをあらわしてい
る。また、光照射の強さを弱くするとb相へ変化する時
間が長くなる。これは上述の核となる場所が生まれるの
に時間がかかることに由来する。最後にP<0.1以下ではb
相へは変化していない。これはある程度の光照射が無け
れば転移を起こさないことを意味している。図８は図5
(b-2)に示した超格子システムに対するものである。一
つのユニットは一辺5サイトの立方体を仮定し，システ
ムは一辺10ユニットの立方体を仮定した。つまり、一つ
のシステムは一辺50サイトの立方体であり、その中が市
松模様状にaユニットとbユニットが混在しているもので
ある。つまり図6(c)の構造をとっている。まず、一様シ
ステムに比べてb相に変化する時間が非常に短くなるこ
とがわかる。これはbユニットにおいてb状態が安定であ
るために、そこに核ができやすいことに由来している。
また、一様システムでは相変化を起こさなかったP=0.1
の場合でも変化が起き、超格子システムはより少ない光
照射量で変化を誘起できることがわかる。
【００１０】一様なシステムを考える場合、双方向相転
移を実現するにはa状態とb状態のエネルギーがほぼ同じ
ものを考える必要があった。これは物質開発において非
常に拘束の強い条件である。我々は超格子システムを考
える際にはこの条件がかなり緩和されることを示す。図
９にユニットの一辺の長さを交互に異なるものにした超
格子を示す。この場合、システム内のaサイトとbサイト
の総数を異なるものにすることができる。たとえば、一
辺の長さを交互に7,3,7,3としてやるとaサイト:bサイト
=532:468とできる。よって、この場合，両種類のサイト
におけるDの絶対値が同じでなくてもa相とb相でシステ
ムの全エネルギーを等しくすることが可能になる。すな
わち，もし|Da|:|Db|=468:532であれば、一辺の長さを
交互に7,3,7,3...としてやることによって、システムの
全エネルギーがa相とb相で等しくできるのである。図１
０において、実線は図9の超格子システムの場合の光照
射下の相変化を示している。また、点線はそのうちのa
サイトだけからなる一様システムの場合である。これよ
り，一つではまったく相変化を起こさないものが超格子
構造を形成することによって相変化を起こすことが可能
になるのである。それ以外にも図６に示した超格子構造
のいずれでも双方向相転移は可能であると考えられる。
移を実現するにはa状態とb状態のエネルギーがほぼ同じ
ものを考える必要があった。これは物質開発において非
常に拘束の強い条件である。我々は超格子システムを考
える際にはこの条件がかなり緩和されることを示す。図
９にユニットの一辺の長さを交互に異なるものにした超
格子を示す。この場合、システム内のaサイトとbサイト
の総数を異なるものにすることができる。たとえば、一
辺の長さを交互に7,3,7,3としてやるとaサイト:bサイト
=532:468とできる。よって、この場合，両種類のサイト
におけるDの絶対値が同じでなくてもa相とb相でシステ
ムの全エネルギーを等しくすることが可能になる。すな
わち，もし|Da|:|Db|=468:532であれば、一辺の長さを
交互に7,3,7,3...としてやることによって、システムの
全エネルギーがa相とb相で等しくできるのである。図１
０において、実線は図9の超格子システムの場合の光照
射下の相変化を示している。また、点線はそのうちのa
サイトだけからなる一様システムの場合である。これよ
り，一つではまったく相変化を起こさないものが超格子
構造を形成することによって相変化を起こすことが可能
になるのである。それ以外にも図６に示した超格子構造
のいずれでも双方向相転移は可能であると考えられる。
【００１１】ここでは提案された超格子システムの実現
性について述べる。まず、我々は鉄コバルトプルシアン
ブルー型錯体の光誘起磁化現象においてこの超格子シス
テムと類似の現象が起こっていることを示唆している
［Kawamoto et al., `Local mechanism in photo-induc
ed phase transition in Co-Fe Prussian blue analogu
e.', proceeding of LLD2K(Jul.23-26,2000,Tsukub
a)］。図1１に結晶構造を示した。この物質においては
ある程度の鉄位置に空孔が入り，その周りのシアノ基が
水に置換されている。その結果、コバルト原子のいくつ
かは配位子であるシアノ基が水に置換され、化学的に異
なる環境に存在するコバルトが何種類か存在する。その
結果、図1２に示すように完全にシアノ基に囲まれてい
るものは非磁性状態(L)が安定であるが、一つが水分子
に置換されているものは磁性状態(H)が安定となる。こ
れはまさに今回提案された超格子システムが実現されて
いるものである。 ただし、鉄空孔の配置はランダムに
なっているため、上で議論されたような周期的な構造を
とっているわけではなく、その結果動作温度が低くなっ
ていると考えられる。他の可能性としてペロブスカイト
型マンガン酸化物が挙げられる。これは一様なシステム
ととしてはすでに特許がとられており(日本国特許第301
2902号)、光誘起相転移を用いたスイッチングシステム
として議論されている。また、酸化物系は多くのグルー
プにより積層化、超格子化の研究が進められており[赤
穂他「高温超伝導ジョセフソン接合の進展」、応用物理
63巻4号p378(1994)]、我々の提案する構造も十分実現の
可能性があると考える。
性について述べる。まず、我々は鉄コバルトプルシアン
ブルー型錯体の光誘起磁化現象においてこの超格子シス
テムと類似の現象が起こっていることを示唆している
［Kawamoto et al., `Local mechanism in photo-induc
ed phase transition in Co-Fe Prussian blue analogu
e.', proceeding of LLD2K(Jul.23-26,2000,Tsukub
a)］。図1１に結晶構造を示した。この物質においては
ある程度の鉄位置に空孔が入り，その周りのシアノ基が
水に置換されている。その結果、コバルト原子のいくつ
かは配位子であるシアノ基が水に置換され、化学的に異
なる環境に存在するコバルトが何種類か存在する。その
結果、図1２に示すように完全にシアノ基に囲まれてい
るものは非磁性状態(L)が安定であるが、一つが水分子
に置換されているものは磁性状態(H)が安定となる。こ
れはまさに今回提案された超格子システムが実現されて
いるものである。 ただし、鉄空孔の配置はランダムに
なっているため、上で議論されたような周期的な構造を
とっているわけではなく、その結果動作温度が低くなっ
ていると考えられる。他の可能性としてペロブスカイト
型マンガン酸化物が挙げられる。これは一様なシステム
ととしてはすでに特許がとられており(日本国特許第301
2902号)、光誘起相転移を用いたスイッチングシステム
として議論されている。また、酸化物系は多くのグルー
プにより積層化、超格子化の研究が進められており[赤
穂他「高温超伝導ジョセフソン接合の進展」、応用物理
63巻4号p378(1994)]、我々の提案する構造も十分実現の
可能性があると考える。
【００１２】
【発明の効果】本発明は、光誘起相転移物質を用いて、
消費エネルギーが小さく、情報記憶の寿命が長い、光で
書き込み消去可能な光記憶素子を提供できた。
消費エネルギーが小さく、情報記憶の寿命が長い、光で
書き込み消去可能な光記憶素子を提供できた。
【図１】 プルシアンブルー錯体の磁化曲線図
【図２】 光誘起構造変化を示す物質の典型的ポテンシ
ャル形状図
ャル形状図
【図３】 協力的相互作用の例を示す図
【図４】 情報記憶の寿命が短くなるポテンシャルの形
状図
状図
【図５】 ３種類の異なるポテンシャル構造を持つ物質
ユニット図 （ｂ−１） 従来の光誘起相移転物質による素子の説明
図 （ｂ−２） 本発明の光誘起相移転物質による素子の説
明図
ユニット図 （ｂ−１） 従来の光誘起相移転物質による素子の説明
図 （ｂ−２） 本発明の光誘起相移転物質による素子の説
明図
【図６】 超格子構造の例(a)一次元超格子(b)二次元超
格子(c)三次元超格子
格子(c)三次元超格子
【図７】 一様クラスターの光照射下における相変化図
【図８】 超格子クラスターの光照射下における相変化
図
図
【図９】 ユニットの一辺の長さを交互にした超格子
【図１０】 図９に示した超格子システムの光照射下に
おける相変化
おける相変化
【図１１】 鉄コバルトプルシアンブルー錯体の結晶構
造。 (左図)母体の構造 (右図)鉄のうちのいくつかは空孔になっており，その周
囲のシアノ基は水に置換される
造。 (左図)母体の構造 (右図)鉄のうちのいくつかは空孔になっており，その周
囲のシアノ基は水に置換される
【図１２】 鉄コバルトプルシアンブルー錯体における
コバルトクラスタのポテンシャル (a)コバルトが8面体的にシアノ基に囲まれている場合 (b)シアノ基のうちの一つが水に置換されている場合
コバルトクラスタのポテンシャル (a)コバルトが8面体的にシアノ基に囲まれている場合 (b)シアノ基のうちの一つが水に置換されている場合
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１２年９月１９日（２０００．９．１
９）
９）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００８】
【実施の形態】我々の提案をより強固なものにするため
に古典イジングモデルによるシミュレーションを行っ
た。ハミルトニアンすなわちシステムの全エネルギーは
以下のモデルを用いた。
に古典イジングモデルによるシミュレーションを行っ
た。ハミルトニアンすなわちシステムの全エネルギーは
以下のモデルを用いた。
【式１】 ここで、Si はi サイトの状態を表し、a状態にある場合
1/2をとり，b状態にある場合-1/2をとるものとする。ま
た、dは近接原子(分子)間について和をとるものとす
る。すなわち、隣同士の原子(分子)間で同じ状態をとる
場合第一項の和の一つは-2J * (1/2) * (1/2) = -J/2を
とり、異なった状態の場合はJ/2をとる。つまり、隣同
士の原子間で同じ状態の場合と異なる状態の場合でJだ
け異なるということである。第二項はサイトごとの傾向
を表す。つまり、D<0の場合、a状態(Si =1/2)の方がb状
態(Si =-1/2)よりもDだけエネルギーが低いことになり
図5のaサイトを意味する。5(b-1)に示した一様なシステ
ムはD=0であらわすことができ，5(b-2)の超格子システ
ムはD<0(aユニット)の部分と、D>0(bユニット)の混在で
あらわすことができる。a相に光照射を行い，b相にする
ことを考える。光照射は一度の光吸収でa状態にあるサ
イト一つをb状態にする効果があるとした。
1/2をとり，b状態にある場合-1/2をとるものとする。ま
た、dは近接原子(分子)間について和をとるものとす
る。すなわち、隣同士の原子(分子)間で同じ状態をとる
場合第一項の和の一つは-2J * (1/2) * (1/2) = -J/2を
とり、異なった状態の場合はJ/2をとる。つまり、隣同
士の原子間で同じ状態の場合と異なる状態の場合でJだ
け異なるということである。第二項はサイトごとの傾向
を表す。つまり、D<0の場合、a状態(Si =1/2)の方がb状
態(Si =-1/2)よりもDだけエネルギーが低いことになり
図5のaサイトを意味する。5(b-1)に示した一様なシステ
ムはD=0であらわすことができ，5(b-2)の超格子システ
ムはD<0(aユニット)の部分と、D>0(bユニット)の混在で
あらわすことができる。a相に光照射を行い，b相にする
ことを考える。光照射は一度の光吸収でa状態にあるサ
イト一つをb状態にする効果があるとした。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川本 徹 茨城県つくば市梅園１丁目１番４ 工業技 術院電子技術総合研究所内 (72)発明者 阿部 修治 茨城県つくば市梅園１丁目１番４ 工業技 術院電子技術総合研究所内 Ｆターム(参考） 2H123 AE00 AE03 AE04 EA08 5D029 JA01 JB16 JC17
Claims (6)
- 【請求項１】 a状態が安定な物質からなるαユニッ
ト、b状態が安定な物質からなるβユニットの二種類の
光誘起相転移物質を超格子的に組んだ光照射によって情
報の書き込み、消去を行う光記憶素子。 - 【請求項２】 αユニットとβユニットが３次元超格子
を形成する請求項１記載の光照射によって情報の書き込
み、消去を行う光記憶素子。 - 【請求項３】 αユニットとβユニットが２次元超格子
を形成する請求項１記載の光照射によって情報の書き込
み、消去を行う光記憶素子。 - 【請求項４】 αユニットとβユニットが１次元超格子
を形成する請求項１記載の光照射によって情報の書き込
み、消去を行う光記憶素子。 - 【請求項５】 光誘起相転移物質がプルシアンブルー型
遷移金属錯体である請求項１ないし請求項４に記載され
たいずれかひとつである光照射によって情報の書き込
み、消去を行う光記憶素子。 - 【請求項６】 光誘起相転移物質がペロブスカイト型マ
ンガン酸化物である請求項１ないし請求項４に記載され
たいずれかひとつである光照射によって情報の書き込
み、消去を行う光記憶素子。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000282327A JP3564478B2 (ja) | 2000-09-18 | 2000-09-18 | 光記憶素子 |
| EP01121746A EP1189217A3 (en) | 2000-09-18 | 2001-09-18 | Optical storage element |
| US09/953,963 US20020048254A1 (en) | 2000-09-18 | 2001-09-18 | Optical storage element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000282327A JP3564478B2 (ja) | 2000-09-18 | 2000-09-18 | 光記憶素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002090939A true JP2002090939A (ja) | 2002-03-27 |
| JP3564478B2 JP3564478B2 (ja) | 2004-09-08 |
Family
ID=18766867
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000282327A Expired - Lifetime JP3564478B2 (ja) | 2000-09-18 | 2000-09-18 | 光記憶素子 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20020048254A1 (ja) |
| EP (1) | EP1189217A3 (ja) |
| JP (1) | JP3564478B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006276453A (ja) * | 2005-03-29 | 2006-10-12 | Mitsubishi Chemicals Corp | 情報記録媒体及び光記録方法 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005084340A (ja) * | 2003-09-08 | 2005-03-31 | Japan Science & Technology Agency | 有機系錯体の相転移方法及びその機能素子 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3150331B2 (ja) * | 1990-09-28 | 2001-03-26 | 株式会社東芝 | 有機薄膜素子 |
| JP3012902B2 (ja) * | 1997-03-18 | 2000-02-28 | 工業技術院長 | 光誘起相転移を用いたスイッチング素子及びメモリー素子 |
-
2000
- 2000-09-18 JP JP2000282327A patent/JP3564478B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
2001
- 2001-09-18 EP EP01121746A patent/EP1189217A3/en not_active Withdrawn
- 2001-09-18 US US09/953,963 patent/US20020048254A1/en not_active Abandoned
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006276453A (ja) * | 2005-03-29 | 2006-10-12 | Mitsubishi Chemicals Corp | 情報記録媒体及び光記録方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3564478B2 (ja) | 2004-09-08 |
| EP1189217A2 (en) | 2002-03-20 |
| US20020048254A1 (en) | 2002-04-25 |
| EP1189217A3 (en) | 2003-10-22 |
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