ポイント

● 金属―有機構造体（MOF）において、約30フェムト秒で光誘起状態が形成される過程を観測。

● 6フェムト秒の時間分解分光と理論解析により、結合秩序波を伴う過渡的な電子状態を経由する光誘起状態の形成過程を提案。

● 光によって極性状態が生じる可能性を示し、新しい光応答材料・電子材料の設計への展開に期待。

概要

東京科学大学（Science Tokyo） 理学院 化学系のサミラン・バヌ（Samiran Banu）大学院生（研究当時、現理化学研究所特別研究員）と石川忠彦助教らの研究チームは、東北大学金属材料研究所の宮坂等教授、大学院理学研究科の岩井伸一郎教授、名古屋工業大学物理工学類の高橋聡教授らの研究チームと共同で、金属―有機構造体（MOF、^用語1）において、光誘起状態が約30フェムト秒^{（用語2）}で形成される過程を明らかにしました。

光を物質に当てると、加熱や冷却だけでは到達しにくい特殊な状態が一時的に現れることがあります。このような光誘起状態を制御して作り出すことは、物質の性質を高速で切り替えるための手段として期待されますが、その形成過程を詳しく観測するには数フェムト秒スケールの時間分解能が必要になります。

研究チームは、6フェムト秒の超短パルス光を用いた時間分解反射分光^{（用語3）}により、光照射直後の電子状態変化を追跡しました。その結果、反射スペクトルが約30フェムト秒で急速に変化し、新たな吸収成分が形成されることが確認されました。さらに理論モデル解析により、光照射直後にサイト間の電子的結合の強さが空間的に規則的に変化する結合秩序波^{（用語4）}を伴う過渡的な状態が生じ、その後、格子変調を伴って光誘起状態が形成される可能性を示しました。この光誘起状態は、反転対称性^{（用語5）}の破れを伴う極性状態である可能性も示唆されます。

本成果は、光によって非平衡な物質状態を超高速で制御する方向性を示すものであり、新しい光応答材料の設計につながると期待されます。

本成果は、7月22日付の「Physical Review Letters」誌に掲載されました。

図1. 本研究で提案した光誘起状態形成過程のイメージ図

用語説明

（1）金属―有機構造体（MOF）：金属イオンと有機分子が規則的につながってできた結晶性材料。
（2）フェムト秒：1000兆分の1秒。1フェムト秒は 10−15 秒に相当。30フェムト秒は、光でさえ約9マイクロメートルしか進まないほど短い時間である。
（3）時間分解反射分光：物質を光励起した後、試料からの反射光が時間とともにどのように変化するかを測定する手法。
（4）結合秩序波：隣り合う原子や分子の間で、電子的結合の強さが規則的に変化した状態。電子の量子力学的な性質に由来する電子秩序の一種。
（5）反転対称性：ある点を中心として、物質の構造を反対側に移しても元と同じように見える性質。反転対称性が破れると、物質が極性を持つ可能性が生じる。極性を持つ物質では、電荷の偏りや電気的な向きが生じるため、強誘電性などの機能につながる可能性がある。

論文情報

タイトル：Ultrafast formation of a photoinduced hidden state driven by a bond-order wave in a metal-organic framework
著者：Samiran Banu, Tatsuya Amano, Takahisa Kato, Kou Takubo, Yoichi Okimoto, Shinya Koshihara, Yohei Kawakami, Hirotake Itoh, Wataru Kosaka, Hitoshi Miyasaka, Shinichiro Iwai, Akira Takahashi, and Tadahiko Ishikawa
掲載誌：Physical Review Letters
DOI：10.1103/x43y-61c1

詳細

□ プレスリリース本文：東北大学ウェブサイトPDF

問い合わせ先

＜研究に関すること＞
東北大学大学院理学研究科物理学専攻[web]
教授　岩井 伸一郎（いわい しんいちろう）
Email：s-iwai[at]tohoku.ac.jp

＜報道に関すること＞
東北大学 金属材料研究所 情報企画室広報班
Email: press.imr[at]grp.tohoku.ac.jp
＊[at]を@に置き換えてください

Posted on：2026年7月29日