大阪大学大学院理学研究科物理学専攻の二階堂夏海さん（研究当時：博士前期課程2年）、川田拓弥さん（研究開始当時：日本学術振興会特別研究員PD、現在：東京大学大学院総合文化研究科広域科学専攻助教）、高田真太郎准教授、新見康洋教授、同先導的学際研究機構の近藤浩太准教授らの研究グループは、固体中を伝わる音波の一種である表面弾性波を用いて、電荷密度波状態を示す層状物質へ時空間的に変化するひずみを照射することで、音響電流と呼ばれる直流電流が流れ、さらに電荷密度波状態ではその大きさや符号が大きく変化することを発見しました。
表面弾性波は、圧電基板に交流電圧をかけることで発生でき、スマートフォン等の高周波フィルタとして広く応用されています。また、固体表面の状態に敏感であることから、センシング応用に向けた研究が盛んに行われています。
研究グループは、粘着テープを用いた機械的剥離法により、層状物質を劈開（特定方向に割ること）して薄膜化し、圧電基板LiNbO3に転写しました。その後、LiNbO3基板上に準備しておいた櫛形電極に交流電圧を加えることで、層状物質薄膜に表面弾性波を照射しました。すると、層状物質薄膜中に音響電流と呼ばれる直流電流が流れることがわかりました。今回用いた層状物質は、ある温度以下で結晶がひずみ、電子が秩序化した電子状態である「電荷密度波状態」を示します。発生する音響電流の温度依存性を測定した結果、電荷密度波状態になると音響電流の符号が変化したり大きさが増大したりすることを発見しました。
さらに研究グループは、実験結果とモデル計算を照らし合わせることで、音響電流の発生は層状物質がひずむことで電気の流れやすさが変化することに由来することを突き止め、電荷密度波状態ではその変化の大きさが電荷密度波状態になる前の10倍以上にも増幅されることを明らかにしました。この結果は、ひずみを用いた電子制御の研究を進展させ、高感度センシングデバイス応用への道を開くものです。
本研究成果は、米国科学誌『Physical Review B』（オンライン）に、Editors’ Suggestionとして、2026年9月30日（水）（日本時間）に公開されました。

(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。

Related links

• 大阪大学大学院理学研究科 物理学専攻 ナノスケール物性研究室

〈共同リリース機関HP〉

• • 東京大学