スタンフォード大学のエンジニアが、ストロンチウムチタネートという一般的な材料が、絶対零度近くの極低温で優れた光学および機械的特性を示すことを発見した。この画期的な発見は、極低温での高性能デバイスの実現により、量子コンピューティング、レーザー、宇宙探査を進展させる可能性がある。Science誌に掲載された結果は、既存の代替材料を上回る同材料の非線形および圧電特性を強調している。
ストロンチウムチタネート（STO）は、長年、安価で豊富な物質として見過ごされてきた。ジュエリーのダイヤモンド代替品や他の材料の基板としてしばしば使用される。しかし、スタンフォード大学の新しい研究は、極低温条件下でのその卓越した性能を明らかにし、絶対零度近くで弱まるほとんどの材料の期待を覆している。
2025年11月8日にScience誌に掲載された研究（巻390、号6771、ページ394；DOI: 10.1126/science.adx8657）で、研究者らは5ケルビン（-450°F）でSTOをテストした。その非線形光学応答は、リチウムニオブ酸塩（主導的な非線形光学材料）よりも20倍大きく、以前の極低温ベンチマークであるバリウムチタネートのおよそ3倍だった。「ストロンチウムチタネートは、今日最も使用されている電気光学材料よりも40倍強い電気光学効果を持つ。しかし、極低温でも機能し、量子技術の現在のボトルネックである量子変換器やスイッチの構築に有益です」と、主任著者のJelena Vuckovic（スタンフォード大学の電気工学教授）は述べた。
同材料の電気光学効果は、電界を印加すると光の周波数、強度、位相、方向に劇的な変化を生む。圧電物質として、STOは電界に応じて膨張と収縮をし、宇宙真空やロケット燃料システムの電機機械部品に適している。「低温では、ストロンチウムチタネートは我々が知る最も電気的に調整可能な光学材料であるだけでなく、最も圧電的に調整可能な材料でもある」と、共同一著者のChristopher Anderson（現在イリノイ大学アーバナ・シャンペーン校）は指摘した。
調整可能性を高めるため、チームは酸素原子を重い同位体に置き換え、そのうち正確に33%に2つの陽子を追加し、性能を4倍に向上させ、量子臨界点に近づけた。「STOは特に特別ではない。希少でもない。高価でもない」と、共同一著者のGiovanni Scuri（Vuckovic研究室のポスドク研究員）は付け加えた。
サムスンエレクトロニクスとGoogleの量子コンピューティング部門による部分資金で、この研究はレーザーベースの量子スイッチなどの極低温デバイスのウェハースケール製造への道を開く。貢献者にはミシガン大学のAaron ChanとLu Li、およびスタンフォードのSungjun Eun、Alexander D. White、Geun Ho Ahn、Amir Safavi-Naeini、Kasper Van Gasse、Stanford Nano Shared FacilitiesのChristine Jillyが含まれる。チームはSTOの特性に基づく完全に機能するデバイスを開発することを目指している。