電子の連携、量子物質の巨大分極を誘発

～高速エレクトロニクスを拓く新材料としての応用に期待～

2025（令和7）年9月8日
東北大学
東京科学大学
岡山大学
関西学院大学
科学技術振興機構（JST）

発表のポイント

量子物質の一種である電子強誘電体のルテチウム鉄酸化物（LuFe2O4）に室温でテラヘルツ光を照射すると、これまで見つかったバルク強誘電体として過去最大の電気分極変化を示すことを発見しました。
この分極の巨大変化は、多数の電子の協力効果により超高速に生じることを明らかにしました。超高速強誘電体メモリーなど新規な光エレクトロニクスデバイスの原理として応用が期待できます。

強誘電体はメモリーや光変調器などのエレクトロニクスに欠かせない材料です。昨今のデジタルトランスフォーメーション（DX）と呼ばれる情報の活用方法の変革は、電気素子のテラ（1兆）ヘルツ以上の超高速動作を至近の課題としています。ところが従来の強誘電体は、結晶内で重いイオンや分子を動かす必要があり、高速動作の妨げとなっていました。また、この機構にはエネルギー消費や結晶劣化を招くという問題もあります。
東北大学 大学院理学研究科の岩井 伸一郎 教授と伊藤 弘毅 助教（現在：関西学院大学 理学部 物理・宇宙学科 教授）、東京科学大学 理学院化学系の沖本 洋一 准教授と腰原 伸也 教授（現在：同大学 教育本部 特命教授、筑波大学 数理物質系 客員教授）、岡山大学 学術研究院 環境生命自然科学学域の池田 直 教授らの研究グループは、電子強誘電体と呼ばれる量子物質の一種にテラヘルツ波を照射することで、バルク強誘電体としては過去最大の極めて大きな分極の変化を示すことを発見しました。この優れた分極の操作性は、多数の電子が1ピコ（1兆分の1）秒未満という短時間で協力的に変化することで生じます。こうした高効率、超高速な応答性は、新規な光エレクトロニクスデバイスの原理として応用が期待できます。
この成果は、米国物理学会の科学誌「Physical Review Letters」に現地時間2025年9月4日付でオンライン掲載されました。
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「キャリアエンベロープ位相制御による対称性の破れと光機能発現」（研究代表者 岩井 伸一郎 JPMJCR1901）、および文部科学省 光・量子飛躍フラッグシッププログラム（Q-LEAP）基礎基盤研究「強相関量子物質におけるアト秒光機能の開拓」（研究代表者 岩井 伸一郎 JPMXS0118067426）および文部科学省 科学研究費補助金・基盤研究（B）「空間的非一様性のある電荷秩序の光・テラヘルツ強電場駆動と相制御設計」（研究代表者 伊藤 弘毅 22H01149, 23K22420）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（755KB）

＜論文タイトル＞

“Terahertz Field Control of Electronic-Ferroelectric Anisotropy at Room Temperature in LuFe2O4”

DOI：10.1103/fryl-jjnj

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