ありふれた物質でテラヘルツ波を可視光に変換
―ナノ空間に閉じ込められた酸素イオンを振動させて発光―

赤外線より波長の長い電磁波であるテラヘルツ波は、金属以外の物質を良く透過することから空港等のセキュリティー検査に応用されている他、核融合プラズマの高周波加熱装置や次世代の大容量無線通信帯域としての利用も期待されています。しかしながら、テラヘルツ波は分子の非常に弱い振動や回転にのみ作用するので検出が困難です。
このような背景の中、東京工業大学の細野 秀雄 教授戸田 喜丈 特任講師らのグループは、弘前大学の石山 新太郎 教授、福井大学の出原 敏孝 特命教授、パシフィックノースウェスト国立研究所(PNNL)のピーター・スシュコ 博士らと共同で、石灰(CAO)とアルミナ(AL2O3)から構成される化合物12CaO・7Al2O3(以下、C12A7)がテラヘルツ波を吸収し、容易に視認できる可視光に変換できることを見出しました。この特性は、ナノサイズのケージ中に閉じ込められている酸素イオンの振動がテラヘルツ波を吸収することにより誘起されるため生じることが分かりました。酸素イオンは狭いケージの中で強制的に振動させられることにより、ケージの内壁と繰り返し衝突し、励起され発光します。C12A7はアルミナセメントの構成成分の一つで、安価で環境にやさしい物質です。室温・空気中で安定な電子化物は、そのケージ中の酸素イオンを電子で置き換えることで初めて実現するなど、いろいろな機能が見出されてきました。それらの機能に加えて今回、遠赤外光の可視光変換という新しい機能が見出されたことになります。
本成果は、文部科学省元素戦略プロジェクト<研究拠点形成型>、福井大学 遠赤外領域開発研究センターの公募型共同研究の支援も一部受けたものです。
また本成果は、11月3日に米国化学会の論文誌ACS Nano(エイシーエス ナノ)のオンライン速報版に掲載されました。

詳しくはicon_site東工大ニュースをご覧ください。

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