大阪大学研究生院理学研究科物理学专业博士生（研究当时）藤原浩司、高田真太郎副教授、新见康洋教授等人组成的研究团队发现，通过表面弹性波（声波的一种）给显示电荷密度波状态的一维链状化合物NbSe₃施加应变，可以出现在电流电压特性中显示量子化的平台结构。相关研究成果已发表在《Physical Review Letters》上。
图1.左为在压电基板LiNbO₃上转印的NbSe₃细线，以及用于向NbSe₃细线照射表面弹性波的梳型电极的光学显微镜图像。右为CDW电流ICDW与所施加的直流电压Vdc的关系。测量是在电荷密度波转移温度以下的45K进行的。观测到了ICDW伴随量子化的平台结构（n=1,2,3）。（供图：大阪大学。图片出自：《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)）
在量子力学中，电压会通过普朗克常数和基本电荷等基本常数的组合被精确量子化的现象，被称为夏皮罗台阶现象，因其稳健性和高精度，常被用作电压的标准。关于电阻，通过量子霍尔效应，同样也可以用普朗克常数和基本电荷来描述量子化电阻。
而关于电流的标准，虽然各种研究取得了进展，但至今尚未能够被确立。
此次，研究团队利用胶带对显示电荷密度波转移的一维链状化合物NbSe₃进行机械剥离，通过沿特定方向劈开的解理操作制作了细线。将该细线转印到压电基板LiNbO₃上，并对基板上预先准备的梳型电极施加约300MHz的交流电压，向NbSe₃细线照射表面弹性波的同时测量了直流的电流电压特性。
电荷密度波在达到某个阈值电流之前会被结晶的缺陷封存在晶体中，但超过阈值电流后，封存被解除，电荷密度波瞬间便开始动作。本次研究发现，照射表面弹性波后，由瞬间开始动作的电荷密度波产生的电流，在达到某个数值的整数倍时具有平台结构。这种平台结构会随着施加的表面弹性波功率的增大而迅速衰减。这一结果与此前直接向NbSe₃样品施加交流电场时的结果截然不同。
研究人员在随后的改变频率的实验以及施加脉冲状表面弹性波的实验中确认，量子化的电流值是由表面弹性波在NbSe₃细线中诱导的应变带来的。
今后，通过向显示电荷密度波状态的一维链状化合物照射声波，利用应变效应的量子化电流研究有望进一步取得进展。此外，这也开辟了由应变诱导量子器件的应用之路，可以期待由此制备出新型的器件。
新见教授表示：“本次研究是建立在本研究团队5年前报告的向显示电荷密度波的超导薄膜照射表面弹性波会出现负电阻这一结果上的。由于单纯的超导薄膜未观测到负电阻，所以我认为电荷密度波与表面弹性波之间存在某种关系，于是将焦点对准了仅显示电荷密度波的一维链状化合物，通过朴实的研究取得了成果。”
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
期刊：Physical Review Letters
论文：Observation of Shapiro Steps in the Charge Density Wave State Induced by Strain on a Piezoelectric Substrate
DOI：10.1103/p1nh-f6gn
