ガラスの「新たな非平衡状態」をレーザー照射により創出 ―高圧処理とは異なる特異な原子構造と発光特性の解明に成功―

シリカガラスは、光ファイバやレンズなど現代社会を支える基幹材料ですが、その原子配置は不規則（アモルファス）であり、構造と性質（屈折率など）の関係には多くの謎が残されています。これまで、ガラスの性質を変えるには「熱」や「外部からの圧力」を加えるのが一般的でした。しかし、これらは材料全体に影響を与えてしまうため、特定の場所だけを狙って性質を書き換えることは困難でした。
今回、化学理工学専攻 下間靖彦 准教授、関西学院大学理学部 河野義生 教授、日本原子力研究開発機構システム計算科学センター 小林恵太 研究副主幹らの研究グループは、フェムト秒レーザーを用いた「光加圧」により、従来の物理的な高圧処理（平衡状態）では到達できない、シリカガラスの「新たな非平衡物質相」を創出することに成功しました。放射光X線回折と機械学習分子動力学シミュレーションにより、レーザー照射部では原子ネットワークの「切断」を伴う、高い仮想温度（1000～1400 ℃）状態が凍結されていることを解明しました 。構造解析の結果、レーザー照射部では、高圧処理とは異なる欠陥構造を導入できることを突き止め、ガラスの光学的性質（屈折率・発光）を自在にチューニングする道を拓きました。
本研究成果は、半永久的なデータ記録が可能な「5次元光メモリ」や、マルチコア光ファイバや光電融合デバイスなどの次世代情報通信デバイスの新しい製造方法に道を拓くものと期待されます。
本成果は、2026年4月27日午前1時（英国時間）に国際学術誌「NPG Asia Materials」にオンライン掲載されます。

研究詳細

ガラスの「新たな非平衡状態」をレーザー照射により創出 ―高圧処理とは異なる特異な原子構造と発光特性の解明に成功―

研究者情報

• 下間　靖彦　　京都大学教育研究活動データベース

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化学理工学専攻