キラルでない結晶が“光の回転”を⽣む新原理を発⾒ −従来の定説を覆す新しいラマン光学活性の起源を解明−

2026-05-21 東京科学大学

Institute of Science Tokyo、The University of Tokyo、Hokkaido Universityの研究グループは、キラルでない中心対称結晶「NiTiO3(チタン酸ニッケル)」において、ラマン光学活性(ROA)が発現する新原理を世界で初めて解明した。従来、ROAはキラル分子や磁性体でのみ生じると考えられていたが、本研究では、結晶内の回転秩序「フェロアキシャル秩序」が光とフォノンの新しい相互作用を生み、右円偏光と左円偏光でラマン散乱強度に大きな差が生じることを発見した。第一原理計算と対称性解析により、この現象が高次相互作用ではなく、基本的な電気双極子相互作用の範囲で説明できることも示された。ROA信号は従来分子系より桁違いに強く、キラリティ概念を拡張する成果として注目される。研究成果は、新規トポロジカル物質探索や量子光学デバイス、フォノン制御技術への応用が期待され、Physical Review Letters誌のEditors’ Suggestionに選出された。

キラルでない結晶が“光の回転”を⽣む新原理を発⾒ −従来の定説を覆す新しいラマン光学活性の起源を解明−
図1. フェロアキシャル秩序を持つ結晶におけるラマン光学活性(ROA)の模式図。

<関連情報>

NiTiO₃におけるフェロ軸秩序によって誘起されるラマン光学活性 Raman Optical Activity Induced by Ferroaxial Order in NiTiO3

Gakuto Kusuno, Takeshi Hayashida, Takayuki Nagai, Hikaru Watanabe, Rikuto Oiwa, Tsuyoshi Kimura, and Takuya Satoh
Physical Review Letters  Published: 19 May, 2026
DOI: https://doi.org/10.1103/wrv8-4f7k

Abstract

Raman optical activity (ROA), the dependence of Raman intensity on the circular polarization of incident and scattered light, has traditionally been observed in chiral molecules and magnetic materials, where inversion or time-reversal symmetry is broken. Here we demonstrate that ROA can also arise in a centrosymmetric and nonmagnetic ferroaxial crystal. Using circularly polarized Raman spectroscopy on single-crystalline NiTiO3, we observed a pronounced ROA signal in the cross-circular polarization configurations, which correlates with the ferroaxial domain structure. Our symmetry analysis, first-principles calculations of phonons, and tight-binding model calculations reveal that the natural ROA originates from the ferroaxial order and persists even within the electric dipole approximation. These results establish ROA as a powerful probe of ferroaxial order in centrosymmetric systems.

1701物理及び化学99未分類
ad
ad
Follow
ad
タイトルとURLをコピーしました