東京大学の研究グループは，強誘電体二酸化ハフニウムジルコニウムに外部電界を印加することで生じる不揮発的屈折率変調を世界で初めて観測することに成功した（ニュースリリース）。
プログラミング可能な光回路を実現するためには，多数の光移相器を回路上に集積することが求められる。特に待機電力をゼロにできる不揮発光移相器が望まれ，強誘電体であるチタン酸バリウムを用いた不揮発光移相器が研究されてきたが，チタン酸バリウムは大規模シリコン光回路への適用に課題があった。
そのため，2011年に強誘電体となることが報告されて以降，酸化ハフニウムジルコニウムに注目が集まっているが，酸化ハフニウムジルコニウム中の非線形光学効果などについての研究報告は少なく，その光学特性や光デバイス応用についてはまだ十分に研究が行なわれていなかった。
高誘電率絶縁材料である酸化ハフニウムはトランジスタのゲート絶縁膜としてすでに実用化されていることから，酸化ハフニウムジルコニウムも大規模集積回路向け半導体工場で容易に取り扱うことができる。
このことから，酸化ハフニウムジルコニウムの非線形光学特性を明らかにして，プログラミング可能な光回路への応用可能性を明らかにすることが強く望まれていた。
研究グループは，熱酸化シリコン基板上に窒化シリコンを堆積して矩形状に加工した光導波路上に，加熱処理により強誘電化した二酸化ハフニウムジルコニウム層を合計30nm積層した構造を作製した。
強誘電化を容易にするため1nmのアルミナを挿入し，窒化シリコン光導波路の両脇に堆積した電極に電圧を印加することで，二酸化ハフニウムジルコニウムに外部電界を印加することができる。
この光導波路に，印加電圧を0Vから210Vに増やしながら屈折率変化を測定した結果，二酸化ハフニウムジルコニウムを堆積した素子では，印加電圧が100Vを越えると，大きな屈折率変化が生じた。その後，印加電圧を0Vに戻しても，屈折率変化が維持される不揮発的動作を得た。
また，外部電界印加前後の二酸化ハフニウムジルコニウムの結晶相や結晶方位を詳細に分析することで，不揮発的屈折率変調は二酸化ハフニウムジルコニウム中の自発分極の変化が要因であることを解明した。
さらに，窒化シリコン光導波路上に二酸化ハフニウムジルコニウムを堆積した光移相器を作製し，電圧印加により不揮発的に光位相を変調することにも成功した。
研究グループは，強誘電体二酸化ハフニウムジルコニウム中の非線形光学効果のさらなる解明と，種々の光デバイスへの応用が進むと成果だとしている。
