マテリアルリザバー性能が向上する電子－イオン混合伝導

～イオンを積極的に活用したニューロモルフィック分子ネットワークの実証～

2025（令和7）年12月19日
立教大学
科学技術振興機構（JST）
山形大学
大阪大学
九州工業大学
早稲田大学

発表のポイント

自己ドープ型ポリチオフェン（S-PEDOT）の化学的な脱ドープにより、電子（ホール）とイオン（プロトン）が同時に伝導キャリアとして働く“本質的な混合伝導状態”を誘起することに成功しました。
電子とイオンが協奏した混合伝導状態を利用することで、マテリアルリザバー素子の性能が向上することを明らかにし、本コンセプトが高性能なマテリアルリザバー素子開発において重要な因子であることを実証しました。
本研究は、イオン（プロトン）伝導を積極的に活用したニューロモルフィック分子ネットワークの設計指針を提示するとともに、次世代の省エネルギーAIデバイスの実現に大きく貢献することが期待されます。

立教大学 理学部の永野 修作 教授、石﨑 裕也 助教、山形大学 理学部の松井 淳 教授、大阪大学 大学院理学研究科の松本 卓也 教授、三坂 朝基 助教、九州工業大学 大学院生命体工学研究科の田中 啓文 教授、早稲田大学 理工学術院の長谷川 剛 教授らと東ソー株式会社、山梨大学、香川大学の研究グループは、導電性高分子「自己ドープ型ポリチオフェン（S-PEDOT、東ソー株式会社よりサンプル提供）」に着目し、その電気伝導状態を多価アミンによる化学的な脱ドープによって精密に制御することで、ホールとプロトン（水素イオンH⁺）が同時に伝導キャリアとして働く“本質的なホール–プロトン混合伝導状態”を創出することに成功しました。
本研究で見いだされた本質的な混合伝導状態を示すニューロモルフィック分子ネットワークは、近年、神経模倣型のデバイスとして注目されるマテリアルリザバー素子に必要な非線形応答・短期記憶・高次元性といった特性を兼ね備えており、このような混合伝導状態を活用することで、マテリアルリザバーの素子性能を評価するベンチマークタスクの1つである波形生成タスクの精度が向上することを初めて実証しました。ホールとプロトンが協奏的に働く本伝導メカニズムは、生体に近い省エネルギー動作を可能にする新たなAIデバイス設計指針として期待されます。
なお、本研究成果は2025年12月19日（日本時間）付でWiley社刊行の国際学術誌「Advanced Science」に掲載されました。
本研究は、科学技術振興機構（JST） 戦略的創造研究推進事業 CREST（課題番号：JPMJCR21B5）の支援を受けたものです。また、JSPS 研究拠点形成事業（課題番号：JPJSCCA20220006)、JSPS 科研費（若手研究）（課題番号：JP22K14731、JP25K18082）、天野工業技術研究所 2025年度研究助成金の支援を受けて行われました。

＜プレスリリース資料＞

本文　PDF（579KB）

＜論文タイトル＞

“Utilizing cooperative proton–electron mixed conduction induced via chemical dedoping of self-doped poly(3,4-ethylenedioxythiophene) nanofilms for in-material physical reservoirs”

DOI：10.1002/advs.202520270

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