コーネル大学の研究チームは、低周波赤外線の超高速パルスを用いて材料の特性を操作する革新的な手法を実証しました。この技術により、合成薄膜の格子構造内で原子スケールの急速な膨張と収縮が誘発され、材料の電子的、磁気的、または光学的特性をオン・オフする「呼吸」効果が生み出されます。この研究成果は、2025年9月12日に権威ある科学雑誌『フィジカル・レビュー・レターズ』に掲載されました。同誌のインパクトファクターは9.0と高く評価されています。
ヤコブ・ゴルヴィッツァー氏とジェフリー・カレット氏が共同で主導し、ニコル・ベネデック准教授とアンドレイ・シンガー准教授が参加したこの研究は、従来の機械的ひずみ法とは対照的に、光を用いた材料操作という、あまり研究されてこなかったアプローチを探求しました。ベネデック教授の理論的研究は、可逆的な「動的」ひずみを達成するために最適な光周波数と実験条件を特定する上で極めて重要でした。これは、形状の永続的な変化を伴う静的ひずみとは異なります。
実験には、構造の単純さと固有特性の少なさから、光誘起ひずみ効果の研究に理想的な材料としてランタンアルミネートが選ばれました。ピコ秒単位のテラヘルツ光バーストを適用することで、特定の原子運動が励起され、格子が急速に膨張しました。このプロセスは、望ましいひずみを誘発しただけでなく、材料の結晶構造を永続的に強化し、より秩序だった状態をもたらしました。
この進歩は、光による材料特性の制御に新たな可能性を開き、超高速スイッチ、チューナブル超伝導体、高度な動的センサーなどの技術の進歩を促進する可能性があります。光と物質の相互作用を通じて材料の挙動を精密に制御できる能力は、材料設計と応用の新たなパラダイムを提供する、重要な前進です。
この研究は、原子・分子レベルでの物質の理解と制御を目指す基礎研究を支援するエネルギー省基礎エネルギー科学局および、材料研究の推進、連携強化、STEM分野での教育促進を支援する国立科学財団のMRSECプログラムからの資金提供を受けています。この共同の取り組みは、技術革新を推進する上で基礎研究の重要性を強調しています。