3つの最新研究は、半導体の概念を従来の構造の外へ拡張する、互いに異なる方向性を示している。論理演算を実行できる細菌コロニーの回路、最新の入力を保持して古い入力を忘れる反強磁性材料に基づくデバイス、半導体特性と極めて低い熱伝導性を併せ持つ高エントロピー酸化物材料である。これらの成果は別々の研究で発表され、Semiconductor Engineeringが2026年8月25日に取り上げた。
論理演算を実行する細菌
マサチューセッツ工科大学（MIT）の研究者は、Pantoea agglomeransという細菌を環境モニタリング用の専用回路内でトランジスタとして機能するよう改変した。研究チームは2種類のトランジスタを設計した。一方はOC-6分子によってオンになり、もう一方は同じ分子の存在によってオフになる。いずれの場合も、トランジスタは標的分子であるOC-12を検知し、その後、OHC-14と呼ばれる出力分子を生成する。
研究者らは3つの細菌株を用いて、OHC-14の信号を別のトランジスタに入力できる出力へ変換した。細菌コロニーは寒天を含むプレート上に印刷され、コロニー間には約5ミリメートルの間隔を空けた。これにより、信号が最も近いコロニーへ移り、さらに一方向に次のコロニーへ伝わる。
実験では、複数入力の論理ゲート、「OR」ゲート、「含意」ゲートの実行が実証された。また、トランジスタを組み合わせて、2つの信号を加算する回路、複数信号を処理する回路、デマルチプレクサを構築した。最大の回路には24個の細菌コロニーが含まれていた。ただし、各計算には約8時間を要する。この時間は研究者らによって、生物学的応用には適しているが、従来型コンピューターの代替には適さないとみなされた。研究チームは、植物の葉や根にこれらの回路を使用し、環境ストレスを検知して対応することを目指している。
計算機能としての忘却
韓国では、ソウル大学校と成均館大学校の研究者が、反強磁性材料に基づく半導体デバイスを開発した。このデバイスは最新の入力を保持し、古い情報を自動的に忘れることができる。2端子デバイスは、酸化ジルコニウムと非晶質インジウム・ガリウム・亜鉛酸化物（a-IGZO）を組み合わせている。
a-IGZOの組成を改善した結果、デバイス状態の変化が限られていても電流に明確な差が生じ、オン・オフ比は約890に達した。また、4ビット入力による16種類の異なる組み合わせを識別し、手書き数字の認識精度は90.4%に達した一方、入力データを75%削減した。
実際には何が変わるのか？ 電圧を除去した後に材料が元の状態へ戻ることを欠点とみなす代わりに、研究者らはそれを時系列データ処理に役立つ「忘却」のメカニズムとして利用した。研究チームによれば、このデバイスは非線形変換、短期記憶、自然な初期化を1つのコンポーネントに統合している。ただし、音声・生体・環境信号向けのエッジAIシステムへ拡張する前に、デバイス面積の縮小と、アレイレベルでの回路検証を引き続き計画している。
複数元素を混合して新材料を作る
一方、カーネギーメロン大学とペンシルベニア州立大学の研究者らは、高エントロピー混合を用いて、絶縁性の金属酸化物を半導体へ変換した。A₆WO₄材料は、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛を、ウルフラマイトとして知られる単一の結晶構造における酸化タングステンの骨格へ組み込むことで構成されている。
研究者らによれば、この材料は半導体的な輸送特性と極めて低い熱伝導性を併せ持つ。通常、酸化物においてこの2つの特性を組み合わせることは難しい。今回の成果の重要性は、化学的な無秩序を無作為に利用したのではなく、電子特性と熱特性を同時に調整する手段として用いた点にある。研究チームは、これにより廃熱を電気へ変換する熱電デバイス材料の可能性が開かれると考えているが、この用途は依然として、さらなる開発を必要とする研究上の可能性の範囲にある。