国立大学法人東北大学
国立大学法人東京科学大学
国立大学法人岡山大学
関西学院大学
国立研究開発法人科学技術振興機構（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。
【概要】
強誘電体はメモリ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2025年9月4日にオンライン掲載されました。
【謝辞】
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)の助成を受けて行われました。本論文は『東北大学2025年度オープンアクセス推進のためのAPC支援事業』の支援を受け、Open Accessとなっています。
（DOI：https://doi.org/10.1103/fryl-jjnj）
【論文情報】
タイトル：Terahertz Field Control of Electronic-Ferroelectric Anisotropy at Room Temperature in LuFe2O4（LuFe2O4における室温電子強誘電分極のテラヘルツ波制御）
著者：Hirotake Itoh1*, Ryusei Minakami1, Hongwu Yu2, Ryohei Tsuruoka1, Tatsuya Amano1, Yohei Kawakami1, Shin-ya Koshihara2, Kosuke Fujiwara3, Naoshi Ikeda3, Yoichi Okimoto2*, and Shinichiro Iwai1*
1 Department of Physics, Tohoku University, Sendai 980-8578, Japan
2 Department of Chemistry, Institute of Science Tokyo, Tokyo 152-8551, Japan
3 Graduate School of Natural Science and Technology, Okayama University, Okayama 700-8530, Japan
*責任著者：東北大学大学院理学研究科 助教 伊藤弘毅（現：関西学院大学理学部物理・宇宙学科 教授）、教授 岩井伸一郎、東京科学大学理学院化学系 准教授 沖本洋一
掲載誌：Physical Review Letters
URL：https://doi.org/10.1103/fryl-jjnj
DOI：10.1103/fryl-jjnj
＜詳しい研究内容について＞
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 ─
【問い合わせ先】
（研究に関すること）
国立大学法人東北大学大学院
理学研究科物理学専攻
教授 岩井 伸一郎（いわい しんいちろう）
関西学院大学
理学部物理・宇宙学科
教授 伊藤 弘毅（いとう ひろたけ）
国立大学法人東京科学大学
理学院化学系
准教授 沖本 洋一（おきもと よういち）
国立大学法人岡山大学
学術研究院環境生命自然科学学域
教授 池田 直（いけだ なおし）
（JST事業に関すること）
国立研究開発法人科学技術振興機構
戦略研究推進部
グリーンイノベーショングループ
安藤 裕輔（あんどう ゆうすけ）
電話：03-3512-3531
（報道に関すること）
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理学研究科広報・アウトリーチ支援室
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