キラルメタサーフェスがデータエンコーディングを変革する

キラリティーとは何か？対称性の背後にある科学を探る

自然界において、対称性はDNAの構成要素や光そのものを含む多くのものの基本的な特徴です。ほぼ同一の分子であっても、組成や形状ではなく、その向きが異なる場合があり、これを「カイラリティ」と呼びます。

キラリティーは、最も単純な形では、両手の形、構造、機能が同一であるにもかかわらず、左手が右手と異なる理由として説明できます。

キラリティーは生物学において基本的な役割を果たしており、自然淘汰によって「右利き」の DNA 分子、糖、アミノ酸（タンパク質の基本成分）だけが選ばれてきました。

同じタイプの現象は光にも起こり、光は左または右に偏光して電場の方向を変えます。

キラル分子を偏光にさらすと、光の偏光方向に応じて反応が異なります。

これは物理学ではよく知られた現象ですが、これまでは実用化するには弱すぎました。しかし、スイス連邦工科大学ローザンヌ校（EPFL）、オーストラリア国立大学、南オーストラリア大学の研究者による研究によって、この状況は一変するかもしれません。

彼らはその結果をネイチャー・コミュニケーションズ誌に発表した。¹』というタイトルで、格子対称性によって支配される共鳴メタ表面におけるカイラリティ符号化"。

メタ原子が調整可能なキラルメタ表面を実現する仕組み

科学者たちは数十年にわたり、メタマテリアルと呼ばれる新しいタイプの材料の開発に取り組んできました。メタマテリアルは、その組成だけでなく、内部構造の設計によって、自然界には見られない新たな特性を発揮します。

メタ原子はメタマテリアルが作られるブロックです。

研究者たちは、キラル特性を簡単に調整できる小さな要素（メタ原子）で構成された 2D 格子を開発した。

出典： 自然

格子内のメタ原子の向きを変えることで、科学者は結果として生じるメタ表面と偏光との相互作用を制御できます。

出典： 自然

光ベースのデータエンコーディングのためのキラルツールキット

カイラリティを用いて光との相互作用を制御しようとするこれまでの試みは、成功には至りませんでした。その主な原因は、非常に複雑なメタ原子構造を用いるという、あまりにも困難なアプローチでした。

スイスとオーストラリアの研究者たちは、メタ原子の形状と格子の対称性との間の相互作用を利用しました。彼らは、ゲルマニウムと二フッ化カルシウムからなるメタ表面を使用しました。

出典： 自然

その結果、単純なパラメータで調整可能な予測可能なキラル挙動を生み出すことができ、オンデマンドのキラル設計のための汎用ツールキットを作成することができました。

反転メタサーフェスパターンは、電子ビームリソグラフィーを使用して書き込まれました。

デュアルデータ伝送

研究者らは概念実証として、メタサーフェスによってエンコードされた 2 つのデータ層（XNUMX つは通常の光、もう XNUMX つは偏光）を持つ画像を作成しました。

出典： 自然

「透過画像」はメタ原子の大きさによって符号化されており、非偏光光を用いて解読することができた。「カイラル画像」はメタ原子の向きによって符号化されており、円偏光を照射することで明らかになった。

「この実験は、人間の目には見えない二重層の『透かし』を生成できる当社の技術の能力を示し、高度な偽造防止、カモフラージュ、セキュリティアプリケーションへの道を開くものです。」

イヴァン・シネフ – バイオナノフォトニクスシステムラボ研究員.

使用される光は赤外線範囲の中間にあるため、比較的低コストで使いやすいものとなっています。

キラルエンコーディング技術の実世界への応用

この技術の最初の応用分野は、高度な暗号化、タグ付け、その他の偽造防止対策です。

この技術を使用すると、このキラルツールキットを使用することでのみ実行可能な、独自の秘密レベルのエンコードを使用して、紙幣、ID カード、支払いシステム、およびその他の識別システムの真正性を証明できます。

もう一つの選択肢は、この技術を用いてキラル構造に敏感なセンサーを開発することです。ほとんどの生体分子はキラルであるため、この技術は左利きと右利きの生体分子を区別するのに利用できる可能性があります。

出典： 自然

システムは勾配に沿って調整できるため、キラル分子のスケーラブルな検知も可能になります。

「私たちのようなキラルメタ構造を使えば、例えば少量のサンプルから薬物の組成や純度を検知することができます。薬と毒素の違いを判断できるかもしれません。」

フェリックス・リヒター – バイオナノフォトニックシステムラボ研究員.

偏光は、現在のシリコンチップの代替として注目されている先進的なコンピューティングシステムにおいても非常に重要です。これには、フォトニクス、光コンピューティング、量子コンピューティング、量子フォトニクスが含まれます。

この種の調整可能なキラルシステムは、偏光の制御をさらに進歩させるために使用することができ、新しいタイプの高度なコンピューティングのためのツールの精度を高め、コストを削減することができます。

上場トップのレーザー＆フォトニクス企業

コヒーレント（II-VIマーロウ）: レーザーイノベーションのリーダー

多くの業界でフォトニクスとメタマテリアルの重要性が増すにつれ、これらの技術の主なツールであるレーザーの市場も拡大しています。

コヒレント社は、26,000人以上の従業員を擁する大規模な産業コングロマリットであり、レーザー技術のリーディングカンパニーです。先端材料メーカーのII-VI Marlow社とレーザーメーカーのコヒレント社が合併して誕生しました。

同社は、インジウムリン、エピタキシャル ウェーハ、ガリウムヒ素など、レーザー、光学、フォトニクスに使用される先端材料の専門家です。

同社は過去600年間の複数の買収により、収益が2013年の4.7億ドルから2024年にはXNUMX億ドルに大きく成長しました。

同社の売上高の29%はレーザー製品から直接得られており、残りは光ファイバーや電子機器などの関連機器に関連しています。計測機器分野は主にライフサイエンスおよび医療用途に特化しています。

出典： コヒーレント

熱光起電（ 前回の記事で議論した）、シリコンカーバイド、レーザー、エレクトロニクスなどの分野での事業拡大により、同社は精密製造、付加製造（3Dプリンティング）、電化、再生可能エネルギーの成長といった構造的なトレンドの恩恵を受けることができます。

同社は 最近、シリコンカーバイド事業をコヒレントが75％所有する新しい事業体に分離した。残りは、パートナーである三菱電機（シリコンカーバイドパワーIPを提供）とデンソー（自動車サプライヤーとして電化とパワー半導体の活動を提供）が均等に所有しています。

これは、シリコンカーバイドがレーザーから切り離された独自の技術となり、EV、バッテリー、再生可能エネルギーなどの高出力アプリケーションで主に使用されているためです。 (詳細については、こちらを参照してください。 この技術に関する当社の専用投資レポートでシリコンカーバイドについて説明しています.)

コヒレントのレーザーは同社をリーダーにしている 自動運転アプリケーションを含むLIDARおよび3Dデジタルセンシング、バイオテクノロジー 次世代シーケンシング（NGS）フローセル, 半導体製造用レーザー同社は主要市場が8～20％成長すると予想している。

出典： コヒーレント

直接エネルギー兵器、光子コンピューティング、核融合、宇宙技術など、レーザーの他の潜在的な新しい用途も、同様に同社の長期的な成長の持続に役立つ可能性がある。

全体的に、コヒレントは強力な垂直統合と、その革新を保護する 3,100 件を超える特許を備え、この分野に関心を持つ投資家にとって「純粋な」上場レーザー企業に最も近い存在です。

フォトニクスが進歩するにつれて、超高速、超高精度のレーザーシステムや光通信に使用されるレーザーの需要が次第に増加します。

最新のコヒレント（COHR）株ニュースと動向

参照研究

^{1. シネフ、I.、リヒター、FU、トフトゥル、I. ら 格子対称性によって支配される共鳴メタ表面におけるカイラリティ符号化. ナットURE COMMUNアイシアs 16、6091（2025）。 https://doi.org/10.1038/s41467-025-61221-2}