微細な電極の突起が、メモリーの安定性向上の手掛かりに
KAISTの研究者らは、厚さわずか10ナノメートルの二酸化チタン層内部にある電流経路を再構成し、白金電極の微細な突起が経路の接続位置を導く働きをしていることを突き止めた。材料を一度に約0.1ナノメートルずつ取り除き、100枚の電流マップを組み合わせることで、次世代メモリーチップの候補技術の内部に隠れた構造を明らかにした。
目次
この研究成果は、韓国の科学系大学が11月12日に発表した一連の動きの一つだ。光学効果の生成や触覚の再現に関する研究が表彰されたほか、光州科学技術院（GIST）は国連食糧農業機関（FAO）と農業向けデジタルモデルに関するワークショップを開催した。POSTECHは、人工知能と人間の認知、倫理、公共政策を結び付ける大学院課程の開設を発表した。
それぞれの取り組みは、電子メモリーの安定動作、人々がデジタルコンテンツをより直接的に作り、感じる方法の提供、農業技術の実環境での検証、そしてAI工学と社会への影響を結び付けて考えられる研究者の育成という、異なる実務上の課題に取り組む。
KAISTでは、材料科学・工学科の洪承範（ホン・スンボム）教授と朴尚熙（パク・サンヒ）教授が共同研究グループを率いた。中心的な発見は、異なる場所に形成された5本の電流経路に共通して見られた。経路は下部電極の平坦な部分より、小さな突起に接続する傾向があった。
メモリーチップに予測可能な電流経路が必要な理由
抵抗変化型ランダムアクセスメモリー（RRAM）は、薄い材料層を電気がどれだけ通りやすいかを変えることで情報を記録する。導電フィラメントと呼ばれる細い電流経路が形成されると、電流が流れる。その接続を切断または弱めると、電気抵抗の高い状態になる。この2つの状態で、デジタル値の0と1を表せる。
RRAMは電源を切っても情報を保持する。構造が単純で、切り替えが速いことから、記憶装置や、脳の神経細胞ネットワークに着想を得たコンピューティング・ハードウェアの研究でも注目されている。
フィラメントの形成位置や形状が毎回異なると、実用上の問題が生じる。これらは情報の書き込みや消去に必要な電圧に影響するため、材料内部のばらつきによって、デバイスの安定動作が難しくなる可能性がある。KAISTの実験では、材料の下にある表面が電流経路の形成にどう影響するかを調べた。
薄片を一枚ずつ重ね、三次元像を構築
KAISTの研究チームは、白金電極上に置かれた二酸化チタンを調べた。1ナノメートルは10億分の1メートルで、厚さ10ナノメートルの層全体は、通常の顕微鏡で人が観察できる大きさをはるかに下回る。
研究者らは、細い探針で表面を調べて電流を測定できる装置、導電性原子間力顕微鏡を使用した。硬い単結晶ダイヤモンド製の探針に強い圧力をかけて材料を除去し、その後、より弱い圧力で走査して、新たに露出した深さで電流が流れる場所を測定した。
この作業を100回繰り返し、100枚のマップを作成した。各回で除去した厚さは、元の層の約100分の1にあたる0.1ナノメートルだった。マップを重ね合わせることで、薄片を組み合わせて物体の内部を明らかにするように、フィラメントの体積を再構成した。この方法では、測定と同時に試料を物理的に削り取っている。
再構成されたフィラメントは漏斗のような形状で、上部の探針付近で幅が広く、下方の白金電極に向かって細くなっていた。探針の約0.8ナノメートル下には、くびれと表現される細い部分が見られた。この特徴も、フィラメントの接続先とともに、研究チームが説明すべき点となった。
電極表面が成長を導く仕組み
独立して形成された5本のフィラメントは、白金表面の突起に接続する傾向があった。より大きな尺度では滑らかに見える電極にも、ナノメートル単位の高さの峰やくぼみがあり、周囲の電気的条件に影響を及ぼす。
研究者らは、このパターンを電場の集中と関連付けた。電場とは電荷を動かす力が働く環境のことで、尖った部分には、避雷針の先端のように電場が集中する場合がある。多くの微小点で電場を推定する有限差分法を用いた計算も、この説明を裏付けた。
シミュレーションでは、上部の探針と下部電極の突起の周囲で、より強い電場が確認された。研究チームは、こうした電場の集中がフィラメントの成長と最終的な接続を導くと解釈した。
二酸化チタンには、酸素原子が欠けた部分である酸素空孔が存在することがある。こうした空孔は電流経路の形成を可能にする。電流測定の結果から、研究者らは下部電極付近で空孔がフィラメントの中心部に集まったと推定した。また、空孔の生成と移動の違いが、上部付近の細いくびれを説明できる可能性も提案した。
KAISTの研究の今後
KAIST材料科学・工学科の教授で論文の責任著者でもある洪承範氏は、フィラメントと電極の関係が研究の中心的な成果だと説明した。
「本研究は、導電フィラメントの三次元形状を観察するだけにとどまりません。その形状や端点の位置を、電極の実際のナノ構造と結び付けた点に意義があります」と洪氏は述べた。
次の課題は、電極表面を意図的に設計することで、実際のメモリーデバイス内にフィラメントを狙った位置に形成できるかを検証することだ。実用上の効果を確認するには、メモリーの寿命、書き込み速度、動作の安定性を測定する必要がある。研究チームは、異なる電極材料や表面形状、酸化物の組成、動作条件を調べる計画だ。
KAISTの修士・博士一貫課程に在籍する朴健宇（パク・ゴヌ）氏が筆頭著者を務めた。論文「導電性原子間力顕微鏡トモグラフィーによるTiO2中の導電フィラメントの三次元可視化」は、8月11日に学術誌「Nano Letters」にオンライン掲載された。
研究は、科学技術情報通信部と韓国研究財団の基礎研究事業のほか、サムスン電子デバイスソリューション部門との戦略的な研究協力による支援を受けた。RRAMの動作のばらつきを抑える研究において、電極表面の形状が検討可能な要因の一つとなることを示している。
GIST、文章から編集可能な視覚効果を生成
金承俊（キム・スンジュン）人工知能学部教授が率いるGISTの人間中心知能システム研究室は、11月2日から5日までデトロイトで開催されたACM UIST 2026で4本の論文を発表した。同会議は、人々とコンピューターの関わり方を形作る技術を扱う。
研究室は、利用者の文章による説明から三次元の視覚効果の草案を作成するシステム「SpeLL」で最優秀論文賞を受賞した。生成された草案は、生成AIを使って変更・編集できる。
編集可能な草案は、アイデアを説明してから見た目を磨き上げるまでをつなぐ実用的な段階となる。完成形を固定して提示するのではなく、利用者が修正できる素材を提供する。文章による指示が、その後の創作上の判断を進める出発点になる。
SpeLLが扱うのは、KAISTのメモリー実験とは異なるコンピューティング体験の側面だ。KAISTの研究者らは、材料内部の電流を支配する物理構造を調べた。一方、GISTのシステムは、利用者が望む視覚的な結果をソフトウェアに伝える方法を変える。
デジタル体験に触覚という新たな手段
GISTの研究者とMITが共同で発表した2本の論文は、仮想現実や日用品に使う触覚インターフェースを扱った。触覚技術とは、コンピューターやデジタル環境とのやり取りに身体的な感覚を取り入れ、触れることで情報を伝える技術だ。
GISTは、指先に滑りやすさやべたつきの感覚を伝える技術「Surf-Roll」で、参加者選出の最優秀ポスター賞も受賞した。これらは、表面の見た目だけでなく、触れたり、その上を指で動かしたりした際の感触に関わる性質だ。
これらのプロジェクトによって、研究室の取り組みは視覚出力の先へと広がる。SpeLLは言葉を使って視覚効果を形作る手助けをする一方、触覚の研究はインターフェースが身体を通じて情報を伝える方法を探る。仮想現実の利用者にとって、画像に加え、触覚も体験の一部となる。
GISTとFAO、農業向けデジタルツインを検討
11月11日、GISTはFAO、順天大学とともに、農業デジタルツインの設計に関する専門家ワークショップを開催した。韓国国内外から20人を超える専門家がGISTカレッジA棟に集まり、AI、農業、食料サプライチェーン、国際協力について議論した。
デジタルツインとは、データを通じて実物や実際のプロセスと結び付いたコンピューター上の表現だ。農業や食料サプライチェーンでは、実際の状況を十分に再現し、業務や変更案の検討に役立てることを目指す。
GISTと順天大学の研究者に加え、国内企業の代表者も開発中の技術や実演を発表した。その後のパネル討論では、応用の可能性、導入の障壁、プロジェクトの優先事項について話し合った。
参加機関は、共同研究のテーマを定め、優先的に検証する分野を選び、農業現場での実用性を段階的に評価する計画だ。当面は、何をどこで検証するかを決める作業に重点を置く。これにより、技術の実演から現場での活用に至るまで、具体的な手順を設ける。
POSTECH、AI工学を人間と政策に結び付け
POSTECHは、人文社会科学部に人間中心AI・社会大学院課程（HAIS）を設置した。最初の学生は2027年度前期に入学する予定だ。
AI工学を研究する教員に加え、哲学・倫理、経済・政策、社会・文化、人間の認知を専門とする教員も参加する。技術開発と、人間の行動や制度に関する問いを同じ教育課程の中で扱う。
履修コースは「人間・認知」と「社会・ガバナンス」の2つ。メディア・文化・ナラティブ、心・脳・認知、応用経済・政策、AI倫理・制度的枠組みの4つの専門モジュールを設ける。
カリキュラムでは、人々の思考の仕組みと、規則や公共政策がAIの利用をどう形作るかの両方を学べる。こうしたテーマは、他大学のプロジェクトが提起する実践的な選択にも直結する。創作ソフトを人々がどう操作し、デジタル環境をどう体験し、農業AIをどこで最初に検証するかという問題だ。
POSTECHは11月17日、オンラインと対面で参加できるHAISの入試説明会を予定している。第1期生の出願期間は12月1日から11日まで。
発表から第1期生の入学までの日程
今回の発表には、完了した研究、学会での受賞、計画策定のためのワークショップ、これから始まる入試手続きが含まれる。KAISTの論文発表から、2027年のPOSTECH第1期生の入学まで、一連の日程が続く。
- 8月11日：KAISTのフィラメント画像化に関する論文が「Nano Letters」にオンライン掲載。
- 2026年11月2日～5日：ACM UISTがデトロイトで開催され、GISTが研究成果を発表し、2つの賞を受賞。
- 11月11日：GIST、FAO、順天大学が農業デジタルツインのワークショップを開催。
- 11月12日：各大学が研究成果やプログラム計画を発表。
- 11月17日：POSTECHがHAISの入試説明会を開催予定。
- 12月1日～11日：POSTECHがHAIS第1期生の出願を受け付ける予定。
- 2027年度前期：新設の大学院課程が第1期生を迎える。
要点
- KAISTは、厚さ10ナノメートルのメモリー材料内の電流経路を、深さを変えて撮影した100枚のマップで再構成した。
- 5本のフィラメントは白金電極の微細な突起に接続する傾向があり、電場シミュレーションもこのパターンを裏付けた。
- 今後の実験では、表面設計を検証し、実際のメモリーデバイスへの影響を測定する。
- GISTは、編集可能な視覚効果を生成するSpeLLと、指先に表面の感覚を伝えるSurf-Rollで受賞した。
- GIST、FAO、順天大学は、農業デジタルツインの研究テーマと優先的な検証項目を選定している。
- POSTECHのHAIS大学院課程は2027年に始まり、第1期生の出願期間は12月1日から11日までの予定。
