原子の振動を使った高効率なテラヘルツ光検出に成功

～フォノンによる巨大な光起電力効果の観測、高効率デバイス開発に道～

2026（令和8）年3月7日
東京大学
理化学研究所
科学技術振興機構（JST）

発表のポイント

強誘電体SbSIにおけるフォノン（格子振動）を用いたテラヘルツ領域の巨大な光起電力効果の実証に成功しました。
フォノン励起による光起電力効果の周波数応答や応答係数を初めて定量的に評価し、性能指数が既報の物質の中でも最大級であることを発見しました。
テラヘルツ・赤外領域における革新的な光検出デバイス開発の進展が期待できます。

東京大学 大学院工学系研究科の岡村 嘉大 助教（研究当時）、高橋 陽太郎 准教授と、理化学研究所 創発物性科学研究センターの十倉 好紀 グループディレクターらによる研究グループは、強誘電体SbSI（ヨウ化硫化アンチモン）において、フォノン（格子振動）起源のテラヘルツ領域における巨大な光起電力効果を実現しました。同研究グループはフォノンやマグノンに起因するテラヘルツ光起電力効果の研究を進めてきましたが、本研究ではテラヘルツ光の周波数に依存した電流への変換効率を初めて定量的に明らかにしました。その結果、SbSIのテラヘルツ領域の変換効率が、可視光や近赤外領域を含めた既知の光起電力効果の中でも、最大級の光―電流変換効率を示すことが分かりました。これは、現在実用化されているテラヘルツ検出素子にも匹敵する高い検出感度に相当します。強誘電体中のフォノンが普遍的に示すこのユニークなテラヘルツ光機能は、高速通信や各種センシング技術への応用が期待されるテラヘルツ帯において、高機能デバイスの開発を大きく加速させるものと期待されます。
本研究成果は、2026年3月6日（米国東部時間）に米国科学誌「Science Advances」のオンライン版に掲載されました。
本研究は、科学技術振興機構（JST） 創発的研究支援事業「ナノスピン構造とトポロジーがつくる光スピントロニクス（課題番号：JPMJFR212X）」、日本学術振興会（JSPS） 科学研究費助成事業 基盤研究S「高品質単結晶薄膜・界面による金属ハライドX-nicsの基盤構築（課題番号：JP22H04958）」、基盤研究S「磁性伝導体における新しい創発電磁誘導（課題番号：JP23H05431）」、基盤研究B「トポロジカルシフト電流機構を用いた高効率テラヘルツ光電荷変換の創出（課題番号：JP24K00567）」の支援により実施されました。

＜プレスリリース資料＞

本文　PDF（662KB）

＜論文タイトル＞

“Large terahertz photovoltaic effect enhanced by phonon excitations in ferroelectric semiconductor SbSI”

DOI：10.1126/sciadv.adw9796

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