中科院物理所2024-07-09 17:57:55收录于话题#进展凝聚态物理体系中磁场驱动导致的几类量子振荡现象大都非常优美，它们的出现都与一些特定的物理机制有关。例如，在超导环的Little-Parks实验中可观测到超导转变温度（Tc）随磁场（B）的周期性振荡；在介观导体环中出现以B为振荡周期的Aharonov-Bohm和Altshuler-Aronov-Spivak振荡。
上述两种量子振荡都涉及磁通量子化现象。再如，在de Haas–van Alphen (dHvA) 和 Shubnikov–de Hays (SdH)效应中，一些可观测物理量表现出以1/B为周期的振荡，其物理机制源于磁场中电子轨道的朗道量子化。近来在个别体系中还报道有随对数磁场的电阻振荡等。
最近，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心固态量子信息与计算实验室Q02/HX-Q02组屈凡明研究员、吕力研究员团队与T06组周毅研究员团队、HM-01组石友国研究员团队、电子科技大学刘富才教授团队等合作，在基于电荷密度波(TaSe4)2I和TaS3一维纳米线中发现了一种新型的电驱动型量子振荡现象，即电压V随着电流倒数1/I呈现出周期性的振荡。
从现象上看，这种以1/I为周期的振荡与以1/B为周期的dHvA、SdH磁驱动量子振荡有异曲同工之妙。
(TaSe4)2I和TaS3是一种拥有范德瓦尔斯结构的准一维电荷密度波材料，研究团队利用胶带解离方法得到其纳米线，利用Ti/NbTiN或Ti/Nb材料制备电极，并分析其伏安特性（V-I）曲线随温度的变化。
在温度从室温经过电荷密度波转变温度TCDW降到系统基温1.55K过程中，V-I曲线渐渐表现出非线性行为，并在一定电流区间内微分电阻接近于零，表明理想Fr?hlich电导态的出现（微分电导趋于无穷大）。有意思的是，在Fr?hlich电导区域，V随I表现出锯齿型振荡。如果将横坐标轴转换为1/I，则表现为周期性振荡（图1、3、4），并且振荡指数n可以到1（图3）。
这种振荡现象在不同器件和不同电荷密度波材料中都能重复。通过对大量器件的测量，研究团队认为它的出现需要满足特定的条件，包括但不限于：电极与材料界面有较低的耗散、较低的电磁噪声干扰、纯净的电荷密度波电流（滑移之前绝缘性好）、远低于TCDW的温度等（图2、4）。
周毅研究员的初步理论模型认为在电荷密度波绝缘体中，电流驱动其滑移，可等效于存在一个时间周期势，能够产生Floquet子能带（图4）。以这些子能带作为媒介，一端电极处的电子通过共振隧穿（相干输运）的形式进入另一端电极，故当电极费米面与电荷密度波纳米线中某子能带对齐时，对应于V-I曲线中的电压骤降，即电压振荡。在这个前提下，该模型同时巧妙地给出了以1/I为周期的振荡规律，与实现结果吻合。
相关研究成果以“Inverse-current quantum electro-oscillations in a charge density wave insulator”为题发表在Physical Review B上。
中国科学院物理研究所Q02/HX-Q02组博士后乐天（已出站）和博士生蒋睿阳为共同第一作者，屈凡明研究员和吕力研究员为共同通讯作者；合作者还包括吕昭征副研究员、沈洁特聘研究员、刘广同研究员、李治林副研究员、南开大学曹学伟教授等。上述工作得到国家重点研发计划项目、国家自然科学基金委、中国科学院先导专项、科技创新2030―“量子通信与量子计算机”重大项目、综合极端条件实验装置等的资助。