強誘電体結晶中のフォノンのキラリティを電場で反転することに成功 (Researchers Use Electric Field to Reverse Phonon Chirality in Ferroelectric Crystal)

2026-08-05 ノースカロライナ州立大学(NC State)

ノースカロライナ州立大学(NC State University)などの研究チームは、強誘電体結晶に外部電場を印加することで、フォノン(結晶格子振動)のカイラリティ(回転方向)を可逆的に反転させることに成功した。フォノンのカイラリティは、熱輸送や光・電子との相互作用に影響する重要な性質であるが、従来は能動的に制御することが困難だった。研究では、強誘電体の自発分極を電場で反転させると、それに伴ってフォノンの円偏光的な振動方向も反転することを理論計算と分光測定により実証した。この制御は繰り返し可能で、高速かつ低消費電力で実現できるため、フォノンの情報担体としての利用や熱流制御への応用が期待される。今回の成果は、格子振動のカイラル特性を電気的に自在に操作できることを示した初めての例の一つであり、フォノニクスやスピントロニクス、量子情報デバイスなど次世代機能材料の開発に新たな可能性を開く重要な成果である。

<関連情報>

強誘電性とフォノンカイラリティの結合 Coupled ferroelectricity and phonon chirality

Xiang-Bin Han,Cong Yang,Rui Sun,Xiaotong Zhang,Thuc Mai,Zhengze Xu,Aryan Jouneghaninaseri,Xiaoning Jiang,Rahul Rao,Yi Xia,Dali Sun,Jun Liu & Xiaotong Li
Nature Communications  Published:29 May 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-026-73317-4

強誘電体結晶中のフォノンのキラリティを電場で反転することに成功 (Researchers Use Electric Field to Reverse Phonon Chirality in Ferroelectric Crystal)

Abstract

Recognizing the coupling between ferroelectricity and chirality in optically active ferroelectrics opens a route for manipulating chirality via ferroelectricity under an external electric field, enabling control over chirality-dependent quantum states. Here, we report the experimental demonstration of the coupling between ferroelectricity and phonon chirality in the molecular ferroelectric triglycine sulfate. By electrically switching the crystal chirality, we achieve reversible and device-compatible control of phonon chirality, as revealed by in situ time-resolved magneto-optical Kerr effect measurements. The Kerr rotation reverses with electric-field switching, while phonon chirality vanishes in the paraelectric phase and is tunable in the racemic ferroelectric state. Furthermore, density functional theory calculations and circularly polarized Raman spectroscopy further corroborate the opposite circular phonon motions. These results establish an electrically addressable coupling pathway linking ferroelectricity, structural chirality, chiral phonons, and spin, opening a route toward chiral-phonon-enabled spin and phonon control technologies based on ferroelectric materials.

1701物理及び化学
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