材料科学：ファンデルワールスヘテロ構造を巻物状に巻いた高次超格子
Nature 591, 7850 doi: 10.1038/s41586-021-03338-0
二次元（2D）材料とこれに関連するファンデルワールス（vdW）ヘテロ構造は、層ごとの機械的再積層や逐次的合成を通して、格子整合から要求される従来の限界を超えた、異なる原子層の一体化に多大な柔軟性をもたらしてきた。しかし、これまでに調べられた2D vdWヘテロ構造は一般に、ブロック数の少ない比較的単純なヘテロ構造に限定されていた。交互ユニット数がより多い高次vdW超格子の作製は、それぞれの逐次的再積層や合成ステップが低収率と材料損傷を伴うため、急激に難しくなる。今回我々は、vdWヘテロ構造を巻物状に巻く（ロールアップする）ことで高次のvdW超格子を実現する単純な手法について報告する。我々は、毛管力によって駆動されるロールアップ過程を用い、合成SnS2/WSe2 vdWヘテロ構造を成長基板から剥がして、単層WSe2と単層SnS2の交互層からなる巻物状のSnS2/WSe2を生成することで、高次のSnS2/WSe2 vdW超格子を形成できることを示す。こうした超格子の形成によって電子バンド構造と次元性が変化し、結果として輸送特性が半導体から金属へ、2Dから一次元（1D）へと遷移し、角度依存性線形磁気抵抗を示すようになる。この戦略を拡張することで、さまざまな2D/2D vdW超格子、より複雑な2D/2D/2D vdW超格子、三次元（3D）薄膜材料や1Dナノワイヤーなどの2Dの域を超えた材料を作製でき、3D/2D、3D/2D/2D、1D/2D、1D/3D/2DのvdW超格子などの混合次元vdW超格子を生み出すことができる。今回の研究結果は、材料組成、次元、キラリティー、トポロジーを広く変化させて高次vdW超格子を作製する一般的な手法を実証するとともに、基礎研究と工学的応用のための豊かな材料プラットフォームを明示している。
