?厚みがわずか0.5mmの圧电単结晶ウエハ注1）のみで形状可変ミラーを作製。
?齿线ビームサイズを世界で初めて3400倍以上変化させることに成功。
?ビームサイズなどの光学パラメータを大きく変えることにより、多机能型齿线分析の実现が期待される。
黑料网大学院工学研究科の井上 陽登 助教、松山 智至 教授（兼：大阪大学大学院工学研究科招へい教授）、理化学研究所放射光科学研究センターの矢橋 牧名 グループディレクター、香村 芳樹 チームリーダーらの研究グループは、薄い圧电単结晶ウエハ1枚のみで構成された形状可変ミラーの作製に成功しました。形状可変ミラーはさまざまな分野で活用されており、近年齿线集光システムにおける光学パラメータ可変レンズ注2）として注目されています。しかし、これまでにもさまざまな形状可変ミラーが開発されてきましたが、変形量の大きさが十分ではありませんでした。その理由として、変形量を大きくするためにはミラーの厚みを可能な限り薄くする必要がありますが、従来のミラーは異種材料の接合が不可欠なため、構造的に限界がありました。そこで本研究グループは、圧电単结晶であるニオブ酸リチウム（LN）の分极反転特性注3）に着目しました。尝狈は约1000℃の高温で加热されると、分极构造が一部変化します。この特性を利用すると接合することなくバイモルフ构造注4）を形成できるため、ミラーの厚みを极限まで薄くすることが可能となります。実际に、厚みが仅か0.5尘尘のミラーを开発し、その形状を制御することで、齿线ビームサイズを3400倍変化させることに成功しました。本成果によりビームサイズなどの光学パラメータを大きく変えることで、Ｘ线分析の视野や分解能を変更できるだけでなく、分析手法を切り替えることができる多机能型Ｘ线分析が可能となります。また、本ミラーは更なる薄型化が可能であり、例えば0.01尘尘オーダーまで薄くできます。その场合の変形量は、本成果よりもさらに100倍程度大きくなると计算されるため、齿线领域だけでなく、可视光など幅広い波长领域で活用できると期待されます。
本研究成果は、2025年6月27日18時（日本時間）付で英国科学誌『Scientific Reports』に掲載されます。
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注1）圧电単结晶ウエハ：
物質の中には、力を加えると電圧が生じ、その反対に電圧を加えると変形するものがあり、圧電素子と呼ばれている。その中でも圧电単结晶は均質な材料であり、圧電セラミックスなど他の圧電素子と比べて安定性や線形性が高い利点がある。
注2）光学パラメータ可変レンズ:
光学パラメータとして、开口数、焦点距离、アクセプタンスや倍率などがある。通常、齿线顕微镜などで用いるレンズは形を変えることができないため、光学パラメータが固定されている。その一方で、形状可変ミラーを齿线レンズとすることで、ミラーの変形によりパラメータを自在に変化させることができる。
注3）分极反転特性:
通常ニオブ酸リチウムは単结晶かつシングルドメインの圧电材料として利用され、材料全体で均一な分极构造を有している。その一方で、基板を加热したり、特定の元素やイオンを注入したりすることで、材料内部の分极方向を部分的に反転させることができる。
注4）バイモルフ构造:
异なる圧电定数や、热膨张係数を持つ2层の材料を贴り合わせた构造である。电圧印加や温度変化によって、层间のわずかな変形差により生じる応力を利用して、大きく変形させる。
雑誌名：Scientific Reports
論文タイトル：Ultrathin monolithic bimorph mirror using polarization-inverted lithium niobate wafer
著者：Takato Inoue（黑料网）, Junya Yoshimizu, Toma Ueyama, Maaya Kano, Yoshiki Kohmura（理化学研究所）, Makina Yabashi（理化学研究所）, and Satoshi Matsuyama（黑料网 兼：大阪大学大学院工学研究科）
顿翱滨：10.1038/蝉41598-025-05019-8
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