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－〔東北大学, 東京科学大学, 岡山大学, 関西学院大学 ,JST〕

国立大学法人東北大学と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）の共同研究成果プレスリリースです

2025（令和7）年 10月 27日
国立大学法人岡山大学

https://www.okayama-u.ac.jp/

＜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。

図. 結晶構造と本研究の実験の模式図。(a)従来型の強誘電体では重いイオンなどの変位によって分極が生じる。一方、電子強誘電体LuFe2O4では軽い電子雲の変形によって分極が生じる。結晶構造は、鉄(Fe)原子からなる層と、Luからなる希土類層が交互に積層している。(b)Fe層で生じる強誘電分極と、テラヘルツ波（図中の緑矢印）による分極駆動。分極は電子（図中の紫球）のチームプレーによって生じているため刺激に敏感で、高速に制御できる。

◆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－

　https://www.okayama-u.ac.jp/up_load_files/press_r7/press20250908-1.pdf

◆本件お問い合わせ先

＜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：[phone]

＜報道に関すること＞
　国立大学法人東北大学大学院 理学研究科 広報・アウトリーチ支援室
　電話：[phone]

　学校法人関西学院 広報部 企画広報課（担当：中谷、和田）
　電話：[phone]

　国立大学法人東京科学大学 総務企画部 広報課
　電話：[phone]

　国立大学法人岡山大学 総務部 広報課
　電話：[phone]

　国立研究開発法人科学技術振興機構 広報課
　電話：[phone]

＜岡山大学の産学官連携などに関するお問い合わせ先＞
　岡山大学研究・イノベーション共創機構 産学官連携本部
　〒700-8530 岡山県岡山市北区津島中1-1-1　岡山大学津島キャンパス 本部棟1階
　TEL：[phone]
　E-mail：sangaku◎okayama-u.ac.jp
　　　　　※ ◎を@に置き換えて下さい
　https://www.orsd.okayama-u.ac.jp/

＜岡山大学の研究機器共用（コアファシリティ）などに関するお問い合わせ先＞
　岡山大学研究機器の共用の体制・整備等の強化促進に関するタスクフォース（略称：チーム共用）
　〒700-8530 岡山県岡山市北区津島中1-1-1 岡山大学津島キャンパス 本部棟1階
　TEL：[phone]
　FAX：[phone]
　E-mail：cfp◎okayama-u.ac.jp
　　　　　※ ◎を@に置き換えて下さい
　https://corefacility-potal.fsp.okayama-u.ac.jp/

＜岡山大学のスタートアップ・ベンチャーなどに関するお問い合わせ先＞

　岡山大学研究・イノベーション共創機構 スタートアップ・ベンチャー創出本部

　〒700-8530 岡山県岡山市北区津島中1-1-1 岡山大学津島キャンパス 本部棟1階
　E-mail：start-up1◎adm.okayama-u.ac.jp
　　　　　※ ◎を@に置き換えて下さい

　https://venture.okayama-u.ac.jp/

　岡山大学メディア「OTD」（アプリ）：https://prtimes.jp/main/html/rd/p/000000011.000072793.html
　岡山大学メディア「OTD」（ウェブ）：https://prtimes.jp/main/html/rd/p/000000215.000072793.html

　岡山大学オリジナルグッズ Online Shop：https://okadaigoods.official.ec/
　岡山大学統合報告書2024：https://prtimes.jp/main/html/rd/p/000002801.000072793.html

　岡山大学SDGsホームページ：https://sdgs.okayama-u.ac.jp/
　岡山大学SDGs～地域社会の持続可能性を考える（YouTube）：https://youtu.be/Qdqjy4mw4ik
　岡山大学Image Movie (YouTube)：https://youtu.be/pKMHm4XJLtw

　岡山大学地域中核・特色ある研究大学強化促進事業（J-PEAKS）：https://j-peaks.orsd.okayama-u.ac.jp/

　産学共創活動「岡山大学オープンイノベーションチャレンジ」2025年10月期共創活動パートナー募集中：https://prtimes.jp/main/html/rd/p/000003423.000072793.html

国立大学法人岡山大学は、国連の「持続可能な開発目標（SDGs）」を支援しています。また、政府の第1回「ジャパンSDGsアワード」特別賞を受賞しています。地域中核・特色ある研究大学として共育共創を進める岡山大学にご期待ください

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  https://prtimes.jp/main/html/rd/p/000001935.000072793.html