東北大学と高エネルギー加速器研究機構は，高輝度放射光を用いた角度分解光電子分光を用いて，酸化物における量子化条件を決定することに成功した（ニュースリリース）。
エネルギーが連続的なアナログ値から離散的なデジタル値になる量子化を利用することで，物質に新たな機能を持たすことが可能になり，通信用レーザーに代表される電子の量子化を利用した量子デバイスが実用化されている。
近年，強い電子相関をもつ酸化物においても，この量子化現象が観測され，新しい量子物質・デバイス創成への展開が期待されている。酸化物中の電子は，通常の金属や半導体と異なり，お互いが強く相関しあっている。
この相関の強い電子の量子化を決めている条件がわかれば，最適なナノ構造を設計することで新たな機能を持つ量子物質の実現が期待される。さらには，従来の半導体を用いたトランジスタに比べとても高い性能を持つことが期待されるモットトランジスタなどの量子デバイスの実現が可能になる。
量子化という現象は，物質中で自由自在に動いていた電子が，ナノメートルサイズの狭い空間に閉じ込められた時に生じる現象。そのときには，電子の持つ波の性質が顕著になり，狭い空間内で反射を繰り返すことで定在波を形成する。その結果，定在波の腹の数（n）毎に固有のエネルギーをもつ離散的な量子化準位が形成される。
研究グループは，電子の相互作用が強いと電子が動ける距離（平均自由行程）が短くなり，定在波が形成できずに量子化が発現しなくなると考えた。
そこで，チタンとバナジウムの組成比xにより電子の平均自由行程を変えることのできるSrTi1-xVxO3という酸化物を用いて量子井戸構造を作製し，量子化の様子を高輝度放射光を用いた角度分解光電子分光により可視化した。
具体的には，放射光実験施設フォトンファクトリーに設置したレーザー分子線エピタキシ装置と角度分解光電子分光装置からなる複合装置を用いて，電子の平均自由行程が異なる酸化物量子井戸構造を作製し，高輝度放射光を用いてその量子化状態を可視化した。
その結果，平均自由行程が短くなるにつれて，量子化準位が徐々に消えてゆく様子を明らかにした。さらに，量子化状態が平均自由行程に比例すること，量子化準位が形成されるには平均自由行程が結晶のイオン間距離（電子が飛び移りながら結晶中を移動するのに必要な最小距離）以上にならないといけないことを明らかにした。
研究グループは，酸化物の量子化条件を決定したこの結果は，今後Beyond CMOS材料として期待される酸化物を用いた量子デバイスの設計に明確な指針を与えるものだとしている。
