希土類は，LaからLuまでのランタノイド元素に， ScとYを加えた一群の元素の呼称である． この希土類のなかで，特に4f軌道に電子をもつCeから Luまでのランタニド元素は，電気，磁気，光学，等々 の各分野において興味深い物性をもつ物質を与えること から，現在様々な産業分野で広く機能材料として活用さ れている．
　ここで，4f 電子は空間的に様々な方向に広がった7 つの軌道，すなわち，fx³−3xy²,fy³−3yx², fzx²−zy²,fxyz,f5xz²−xr²,f5yz²−yr²およびf5z³−3zr²に収容 されることから，ランタニド元素から成る材料の物性 は多くの場合結晶軸方向に対して異方性を示すことに なる．その典型が高い保磁力を有する希土類磁石であ り，1970 年代に開発されたSmCo₅磁石を皮切りに， Sm₂Co₁₇系二相分離型磁石を経て，近年世界最強の性 能を有するNd-Fe-B 系焼結磁石（主相はNd₂Fe₁₄B 化合物）へと開発が進んでいる．これに伴い，モータ に代表されるメカトロニクスの分野に大革命を引き起こ し，モータ等の飛躍的な高性能化を促すことで，従来の ものと比べ小型化と省電力化を併せて実現している． 他方，ランタニド元素の外殻電子配置（基底状態） は，原子で…4fⁿ⁺¹6s²または…4fⁿ5d¹6s²(n=1−14；後者はCe, Gd, Lu のとき)，さらに3 価のイオンで… 4fⁿ5s²5p⁶となる．ここで，ランタニド元素を構成する 一連の4f軌道は，6sおよび5d軌道はもとより，5sお よび5p 軌道よりもむしろ原子核側に位置しており，こ のことは4f 軌道は外側に位置する他の軌道により外部 から効果的に遮蔽されることを意味する．そのため，4f 軌道間の電子遷移により生じた励起状態が安定に保持さ れることになり，結果的に再度基底状態へ向かっての電 子遷移を引き起こす確率が増大し強い発光を示すことに なる．希土類イオンを付活した化合物が，優れた蛍光体 やレーザ材料となる所以はここにある．
　われ3価になり易いことになる．ここで，希土類イオン の大きさは3価としては大きく，例えばABO₃型ペロ ブスカイト型構造の12配位Aサイトイオンとして，有 用な様々な複合酸化物を与えることになる．特に，4f電 子を内包するランタニド元素では，4f軌道の電気的な遮 蔽効果が小さいために原子番号の増加，すなわち原子核 の陽電荷の増大に伴って原子半径あるいはイオン半径が 低下する，いわゆる「ランタニド収縮」が誘起されるこ とになる．これは，上述した複合酸化物の設計に対し， 多様なイオンサイズをもつ元素を提供できる点で大いに 寄与する．また，4f⁰,4f⁷および4f¹⁴の電子配置は他 の状態に比べエネルギー的に有利であり，このことは同 電子配置を基底状態でとるLa, Gd およびLu に近接す る希土類イオンを多様なものにする．すなわち，上記の 元素より原子番号が小さい元素では2価，より大きい原 子番号の元素では4価でも安定に存在できることを意味 しており，Eu²⁺,Yb²⁺,Ce⁴⁺およびTb⁴⁺等はその 典型である．これらのイオンは，3価のイオンとは異な る物理化学的特質をもつことから，青色蛍光体，Redox 触媒等々として重用されている．
　以上，4f電子に基づく希土類の特質について概説し た．本特集では，4f電子が活躍する物性に基づく材料に ついて取り上げ，その現状を概観すると共に今後の発展 の可能性について，現在各分野において第一線で活躍す る研究者または技術者の方々よりご執筆頂いた．何かの 参考になれば幸いである．