ポイント
- 代表的な量子物質である酸化バナジウム(III)のナノ結晶において、光照射で結晶方位が変化する逆強弾性転移が、従来の熱膨張を介する過程よりも100倍高速に起こることを発見しました。
- 高速な構造変化の機構が、量子物質が示す光誘起絶縁体―金属転移によるひずみ波の伝搬であることを解明しました。
光による固体の結晶構造(対称性)の変化は、非接触の超音波トランスデューサーなど光―力学エネルギーの高速変換の原理として産業応用されることが期待されています。しかし現在の技術は熱膨張を介しているため、ナノ(10億分の1)秒以下の高速、言い換えるとギガ(10億)ヘルツ以上の高い周波数での応答は困難でした。
東北大学 大学院理学研究科の岩井 伸一郎 教授と天野 辰哉 助教、名古屋大学 大学院工学研究科の岸田 英夫 教授、仏 レンヌ第一大学 物理学科/仏 国立科学研究センター(CNRS)のMaciej Lorenc 博士とHerve Cailleau 教授、仏 ナント大学 Jean Rouxel 材料研究所/CNRSのEtienne Janod 博士らの国際研究グループは、モット絶縁体と呼ばれる量子物質のナノ結晶を用いることにより、巨視的な結晶対称性の変化(逆強弾性転移)が、3ピコ(1兆分の1)秒という、熱膨張を介する場合の100分の1の短時間で完了することを発見しました。こうした高効率、超高速な構造変化は、新規な光音響デバイスの原理として応用が期待できます。
この成果は、科学誌「Nature Physics」に2024年9月17日に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)の助成を受けて行われました。
<プレスリリース資料>
- 本文 PDF(1.1MB)
<論文タイトル>
- “Propagation of insulator-to-metal transition driven by photoinduced strain waves in a Mott material”
- DOI:10.1038/s41567-024-02628-4
<お問い合わせ先>
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岩井 伸一郎(イワイ シンイチロウ)
東北大学 大学院理学研究科 物理学専攻 教授
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東海国立大学機構 名古屋大学 大学院工学研究科 教授
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<JST事業に関すること>
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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
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