大阪大學研究生院理學研究科物理學專業博士生（研究當時）藤原浩司、高田真太郎副教授、新見康洋教授等人組成的研究團隊發現，通過表面彈性波（聲波的一種）給顯示電荷密度波狀態的一維鏈狀化合物NbSe₃施加應變，可以出現在電流電壓特性中顯示量子化的平台結構。相關研究成果已發表在《Physical Review Letters》上。
圖1.左為在壓電基板LiNbO₃上轉印的NbSe₃細線，以及用於向NbSe₃細線照射表面彈性波的梳型電極的光學顯微鏡圖像。右為CDW電流ICDW與所施加的直流電壓Vdc的關係。測量是在電荷密度波轉移溫度以下的45K進行的。觀測到了ICDW伴隨量子化的平台結構（n=1,2,3）。（供圖：大阪大學。圖片出自：《Observation of Shapiro Steps in the Charge Density Wave State Induced by Strain on a Piezoelectric Substrate》,K. Fujiwara, T. Kawada, N. Nikaido, J.-H. Park, N. Jiang, S. Takada, and Y. Niimi, Physical Review Letters 135, 256304 (2025)）
在量子力學中，電壓會通過普朗克常數和基本電荷等基本常數的組合被精確量子化的現象，被稱為夏皮羅台階現象，因其穩健性和高精度，常被用作電壓的標準。關於電阻，通過量子霍耳效應，同樣也可以用普朗克常數和基本電荷來描述量子化電阻。
而關於電流的標準，雖然各種研究取得了進展，但至今尚未能夠被確立。
此次，研究團隊利用膠帶對顯示電荷密度波轉移的一維鏈狀化合物NbSe₃進行機械剝離，通過沿特定方向劈開的解理操作製作了細線。將該細線轉印到壓電基板LiNbO₃上，並對基板上預先準備的梳型電極施加約300MHz的交流電壓，向NbSe₃細線照射表面彈性波的同時測量了直流的電流電壓特性。
電荷密度波在達到某個閾值電流之前會被結晶的缺陷封存在晶體中，但超過閾值電流後，封存被解除，電荷密度波瞬間便開始動作。本次研究發現，照射表面彈性波後，由瞬間開始動作的電荷密度波產生的電流，在達到某個數值的整數倍時具有平台結構。這種平台結構會隨著施加的表面彈性波功率的增大而迅速衰減。這一結果與此前直接向NbSe₃樣品施加交流電場時的結果截然不同。
研究人員在隨後的改變頻率的實驗以及施加脈衝狀表面彈性波的實驗中確認，量子化的電流值是由表面彈性波在NbSe₃細線中誘導的應變帶來的。
今後，通過向顯示電荷密度波狀態的一維鏈狀化合物照射聲波，利用應變效應的量子化電流研究有望進一步取得進展。此外，這也開闢了由應變誘導量子器件的應用之路，可以期待由此製備出新型的器件。
新見教授表示：「本次研究是建立在本研究團隊5年前報告的向顯示電荷密度波的超導薄膜照射表面彈性波會出現負電阻這一結果上的。由於單純的超導薄膜未觀測到負電阻，所以我認為電荷密度波與表面彈性波之間存在某種關係，於是將焦點對準了僅顯示電荷密度波的一維鏈狀化合物，通過樸實的研究取得了成果。」
原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
期刊：Physical Review Letters
論文：Observation of Shapiro Steps in the Charge Density Wave State Induced by Strain on a Piezoelectric Substrate
DOI：10.1103/p1nh-f6gn
