音波と電荷の波が生み出す電流 ―高感度ひずみセンシングへ道―

2026-09-30 大阪大学

大阪大学などの研究グループは、層状物質に表面弾性波を加えることで生じる「音響電流」が、物質の電荷密度波状態によって大きく変化することを発見した。表面弾性波は、圧電基板に交流電圧を加えることで発生する音波の一種で、スマートフォンの高周波フィルターなどにも利用されている。研究では、層状物質NbSe₃の薄膜を圧電基板上に形成し、表面弾性波を照射して電流を測定した。その結果、電荷密度波状態への転移に伴って音響電流の符号が変化し、さらに低温では電流が大幅に増大することを確認した。実験とモデル計算から、音響電流は物質のひずみによって電気伝導性が変化することで生じ、電荷密度波状態ではその変化が通常の状態より10倍以上に増幅されることが分かった。この成果は、ひずみによって電子状態や電流を制御する技術につながり、高感度なひずみセンシングデバイスへの応用が期待される。

音波と電荷の波が生み出す電流 ―高感度ひずみセンシングへ道―
(左)圧電基板LiNbO3上に転写された層状物質と、表面弾性波を照射するための櫛型電極の概念図。(右) NbSe3における表面弾性波パワーで規格化した音響電流の試料温度依存性。140 K付近の電荷密度波転移温度で符号変化し、60 K以下の電荷密度波状態では音響電流が大きく増大している。

<関連情報>

電荷密度波の遷移に伴う音響電気電流の著しい変調 Significant modulation of acoustoelectric current associated with charge density wave transitions

Natsumi Nikaido, Takuya Kawada, Koji Fujiwara, Jihoon Park, Nan Jiang, Kouta Kondou, Shintaro Takada, and Yasuhiro Niimi
Physical review B  Published: 29 September, 2026
DOI: https://doi.org/10.1103/19zf-xskg

Abstract

We studied acoustoelectric (AE) currents in materials that undergo charge density wave (CDW) transitions, induced by a surface acoustic wave (SAW) on a piezoelectric substrate. The polarity and magnitude of the AE current in NbSe3 and 2⁢−TaSe2 were modulated due to their CDW transitions. We also found that the sign of the AE current depends on the SAW propagation direction with respect to the crystalline axis of the substrate. A phenomenological model assuming strain-modified conductivity can qualitatively account for the significant modulation of the AE current associated with the CDW transition, as well as the SAW propagation orientation dependence. The present results offer a powerful probe for exploring SAW-electron interactions in van der Waals materials, thereby highlighting their potential for advancing the emerging field of straintronics.

0403電子応用
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