世界初！光で物質構造を原子レベルで制御する方法を発見 ! --高知工科大学、金沢工業大学、大阪公立大学

【研究成果のポイント】
・光を当てると物質の構造や性質が変化する「光誘起相転移」の初期プロセスを、世界で初めて原子スケールで観察することに成功
・光誘起相転移における一連のプロセスを光の波長チューニングにより原子レベルで制御できることを発見
・従来の材料プロセスの限界を超えた物質創成法の実現に貢献、新材料の開発を加速




【概要説明】
高知工科大学の稲見栄一准教授、金沢工業大学の西岡圭太准教授、大阪公立大学の金崎順一教授らの研究グループは、光を当てると物質の構造や性質が変化する「光誘起相転移」の初期プロセスを世界で初めて原子スケールで観察することに成功しました。また、この相転移における一連のプロセスを光の波長チューニングにより原子レベルで制御できることを見出しました。光誘起相転移を応用すると、従来の手法ではアクセスできないような未知の材料を創出できるようになります。今回の成果は、そのような革新的な物質創成法の実現に大きく貢献し、新しい材料の開発を加速させるものと期待できます。本研究成果は、Springer Nature社が刊行するオープンアクセス電子ジャーナル誌「Scientific Reports」に、12月15日(金) 19時(日本時間)に公開されます。

【研究の背景】
物質は、温度や圧力などの外部環境の変化に伴って、同じ化学組成を保ちながらも異なる構造や性質の状態(相)に変化します。この現象は「相転移」と呼ばれ、材料の熱処理や合金設計を始めとする今日の材料工学で広く利用されています。一方、近年、特定の物質に光(可視光)を照射して相転移を起こす「光誘起相転移」の研究が盛んに行われています。可視光は、温度に換算すると数万℃にもなる高いエネルギーを持ちます。そのため、光誘起相転移を利用すると、従来の手法では実現できないような未知の物質を作り出すことが可能になると期待されています。この光を使った革新的な物質創成の実現には、「光でいかに相転移を制御的(選択的かつ効率的)に引き起こせるか」が鍵となり、そのためには光誘起相転移の背景にあるメカニズムの十分な理解が重要です。特に「光照射によって、物質が初期構造からどのようなプロセスを経て相転移に至るのか？」という問題は、理論的な考察はなされているものの、直接観察した例はありませんでした。その理由は、これまでの研究が、主に光照射による物質のマクロな構造や物性の変化に焦点を当てており、相転移に伴う原子レベルでのミクロな変化を捉えられていなかったためです。