日本國立研究開發法人理化學研究所的成塚政裕研究員等人與京都大學合作，成功通過原子級厚度的薄層實現了對電子狀態的調控。研究團隊採用了將多層薄膜以特定角度偏移堆疊的技術。這一成果有望推動量子計算機等利用零電阻超導的設備研發。相關研究成果已發表在英國科學期刊《Nature Physics》上。
研究團隊使用了一種能在極低溫度下觀察電子狀態的特殊掃描隧道顯微鏡（STM）（供圖：理化學研究所成塚研究員）
近年來，通過調控原子級薄層來觀測新物理現象的研究愈發活躍。2010年代研究發現，將碳原子呈蜂巢狀排列的薄膜「石墨烯」以特定角度錯開堆疊後，就會產生超導等特殊物理現象。
如果改變堆疊層的原子種類，就有可能發現更多的物理現象。但原子級薄層的精密調控技術難度極高，且需要在真空環境下並接近絕對零度的極低溫下進行操作。
研究團隊此次開發了用於奈米級觀測物質表面的「掃描隧道顯微鏡（STM）」，並觀察了冷卻時電子的狀態。研究人員在石墨烯層上，以24度偏轉角度堆疊了被譽為新一代電子材料的金屬化合物二硒化鈮層，此時，出現了在層的角度一致時未能觀察到的能量狀態的電子，並出現了具有特徵的波形。當偏轉角度調整到28度時，同樣觀測到了類似的波長。
在微小空間內調控超導和電子狀態的技術，有望應用於量子計算機元件等的開發。今後，研究將進一步增加堆疊層數以探索物性的多樣性，同時驗證扭轉角度對磁性等其他特性的影響。
原文：《日本經濟新聞》、2025/4/8
翻譯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
期刊：Nature Physics
論文：Superconductivity controlled by twist angle in monolayer NbSe2 on graphene
DOI：10.1038/s41567-025-02828-6
