テラヘルツ光がガラスを通りにくくなる現象を説明するモデルを構築

2026-09-04 筑波大学

筑波大学、東京大学、大阪大学、立命館大学の研究グループは、テラヘルツ(THz)帯の電磁波がガラスを透過しにくくなる現象を説明する新しい連続体モデルを構築した。GHz帯の電磁波はガラスを比較的透過する一方、THz帯では特定の周波数を超えると透過率が低下するが、従来はガラス内部の不規則な原子・分子運動との関係を定量的に説明するモデルがなかった。研究チームは、ガラス内部の弾性特性と原子・分子スケールの電荷ゆらぎを組み込んだモデルを開発し、グリセロールガラスに適用。その結果、THz帯の誘電率と誘電損失を同時に再現することに成功し、誘電応答の主要因がガラス内部の横波的なせん断ダイナミクスであることを示した。本成果は、THz光の吸収とガラスの力学的性質を結び付ける理論的枠組みを提供するもので、低誘電率・低誘電損失ガラスの評価・設計や、THz通信・センシング用材料の開発への応用が期待される。

テラヘルツ光がガラスを通りにくくなる現象を説明するモデルを構築
図1 シリカガラス(SiO2、厚さ5 mm)のテラヘルツ帯透過率(上)と、振動状態密度 g(ν)/ν² で表したボゾンピーク(下)。緑⾊の破線は、約 1 THz のボゾンピーク周波数を⽰す。シリカガラスでは、ボゾンピークが現れる周波数域で透過率が⼤きく低下する。なお、透過率の絶対値と低下の程度は、ガラスの種類や厚さによって異なる。振動状態密度データ(下)は、A. Wischnewski et al., Phys. Rev. B 57, 2663‒2666 (1998) より引⽤。

<関連情報>

ガラスのテラヘルツ誘電応答の連続体モデル Continuum model for the terahertz dielectric response of glasses

Tatsuya Mori, Hideyuki Mizuno, Yuzuki Motokawa, Dan Kyotani, Soo Han Oh, Yasuhiro Fujii, Akitoshi Koreeda, Shinji Kohara, and Seiji Kojima
Physical Review B  Published: 27 August, 2026
DOI: https://doi.org/10.1103/sjkh-zd6t

Abstract

Boson peak dynamics in glasses produce a robust crossover in the terahertz (THz) dielectric response that standard Debye or Lorentz models do not capture. We develop a continuum description of this THz response, coupling an infrared-effective charge fluctuation spectrum to a frequency-dependent shear modulus, and apply it to glycerol glass. The model reproduces the measured complex dielectric function and the nearly linear infrared light-vibration coupling around the boson peak, and it highlights the dominant role of transverse shear dynamics.

1701物理及び化学
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