水分子を「センサー」とした高感度非接触電界計測手法を実証――赤外活性を活用し、分子密度未知の環境への適用を可能に――

2026-05-21 東京大学

東京大学大学院新領域創成科学研究科の研究グループは、水分子そのものを「センサー」として利用し、極めて微弱な電界を非接触で高感度計測する新手法を実証した。研究では、可視光検出型電界誘起コヒーレントアンチストークスラマン散乱（E-CARSv）を用い、水蒸気中で5.6 V/mmという高感度な電界検出に成功した。従来法では分子密度が未知の環境で正確な測定が難しかったが、本手法は水分子の赤外活性を利用することで、電界計測と同時に分子密度推定も可能となる特徴を持つ。さらに、水分子特有の赤外吸収と非線形光学効果の組み合わせにより、高密度水蒸気環境でも優れた感度を実現した。成果は、雨滴形成などの気象現象解析、水電解による水素製造、プラズマ反応制御、次世代燃料合成など、水が関与する多様な科学技術分野への応用が期待される。論文は「Applied Physics Letters」に掲載された。

図1　水分子E-CARSvの概念図

＜関連情報＞

水蒸気を分子プローブとして用いた高感度遠隔電場測定
Sensitive remote electric field measurements using water vapor as a molecular probe

Lisa Kobodo;Takeru Koike;David Z. Pai;Hitoshi Muneoka;Kazuo Terashima;Tsuyohito Ito
Applied Physics Letters Published:May 19 2026
DOI:https://doi.org/10.1063/5.0325121

A number of molecular processes involving water molecules occur under the influence of electric fields and/or charges. This Letter demonstrates sensitive electric field detection as low as 5.6 V/mm via coherent anti-Stokes Raman scattering, with water molecules acting as probes. Absorption of one of the two incident laser beams by water molecules explains a decrease in the signal intensity with vapor pressure, suggesting that this method has the potential to enable electric field measurement even with an unknown density of water molecules.