極性金属に潜む構造ゆらぎの謎を解明 ー伝導電子が生み出す浅いポテンシャルと新しいダイナミクスー

2026-04-04 東京大学

京都大学と東京大学の共同研究チームは、極性と金属伝導が共存する「極性金属」における構造ゆらぎの起源を解明した。レニウム酸リチウム(LiReO3)において、極性構造と非極性構造の間で相転移が起こり、低温でも構造が固定されず動的ゆらぎが持続することを実証。これは伝導電子が両構造のエネルギー差を極小化する「浅いポテンシャル」を形成するためであり、ヒステリシスや超音波吸収など特異な物性の原因となる。本研究は、従来ノイズと見なされていたゆらぎを本質的現象として再定義し、新たな機能性材料設計や省エネルギーデバイス開発への応用可能性を示した。

極性金属に潜む構造ゆらぎの謎を解明 ー伝導電子が生み出す浅いポテンシャルと新しいダイナミクスー
図:作成 高津浩, ChatGPT 5.3

<関連情報>

極性金属LiReO₃における格子軟化と拡散ダイナミクス Lattice softening and diffusive dynamics in the polar metal LiReO3

Kantaro Murayama, Ryota Masuki, Cédric Tassel, Hideaki Sakai, […] , and Hiroshi Kageyama
Science Advances  Published:3 Apr 2026
DOI:https://doi.org/10.1126/sciadv.adt3886

Abstract

Polar metals, characterized by the nontrivial coexistence of metallicity and polar structural order, define an emerging frontier in quantum materials research. However, the interplay between their structural phase transitions and fluctuation dynamics remains poorly understood. Here, we reveal distinct diffusive dynamics in metallic lithium rhenium trioxide (LiReO3) associated with its polar-to-nonpolar transition. Unlike isostructural lithium niobate (LiOsO3) and related systems, LiReO3 exhibits pronounced phase fluctuations both above and below Ts. Thermoelectric, Raman, and ultrasound measurements demonstrate a probe-dependent thermal hysteresis, while ultrasound data further show lattice softening and persistent resonant absorption at low temperatures across a broad timescale (1 to 100 microseconds). These observations indicate a multiscale spatiotemporal dynamics governed by a shallow anharmonic potential stabilized by itinerant electrons, as supported by finite-temperature first-principles calculations. By mapping the fluctuation landscape shaped by itinerant electrons, this work offers a previously unexplored perspective for exploiting fluctuation-driven phenomena in polar metals.

0501セラミックス及び無機化学製品
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