大邱慶北科学技術院（DGIST）の研究者らは、ペロブスカイト半導体（MAPbBr₃）における結晶学的相転移によって誘起される強誘電性を通じて、ポラリトンのラビ振動の制御を実験的に実証しました。Advanced Scienceに掲載されたこの研究は、外部電場を使用せずに量子粒子状態を変更できることを示し、材料固有の特性を利用して量子情報キャリアを制御する新しい方法を提供しています。
研究チームはペロブスカイト材料を組み込んだマイクロキャビティを構築し、相転移による結晶構造の変化がラビ振動周波数を最大20%、振動子強度を最大44%変調させることを示しました。これらの効果は、構造的非対称性に起因する自発分極（強誘電性）によるものであり、励起子特性、ひいてはカップリングしたポラリトンの挙動を変化させます。このアプローチにより、大型または電力を多く消費する部品に頼ることなく、ポラリトンベースの量子システムのデバイスレベルでの動的制御が可能になります。
この強誘電性制御方法は、調整可能な量子光源や実用的な量子フォトニックデバイスの設計に有用である可能性があります。この研究は趙昌熙教授が主導し、サムスン科学技術財団の支援を受けて行われました。
背景
ペロブスカイト半導体は、特定の結晶構造を持つ材料の一種です。この研究で使用されたMAPbBr₃は、光と物質の相互作用が強い性質を持ち、量子技術への応用が期待されています。結晶学的相転移とは、温度変化などの外部刺激によって、材料内部の原子配列（結晶構造）が変化することを指します。この構造の変化により、材料の電気的な性質が劇的に変わることがあります。
強誘電性とは、外部電場を除去した後も、材料内部に自発的に分極（電荷の偏り）が残る性質です。通常、量子状態を制御するには外部から電場を加える必要がありますが、強誘電性を利用すれば、材料自体の特性変化によって状態を制御できます。
ラビ振動は、光（光子）と物質（励起子）が強く結合した状態である「ポラリトン」において、両者の間でエネルギーが周期的に行き来する現象です。この振動の周波数や強さを制御できることは、量子情報処理において光の出し入れや状態変換を効率的に行う上で重要な意味を持ちます。
2025年4月10日
