材料科学：遷移金属ジカルコゲニドヘテロ構造における2層ウィグナー結晶

多電子系における強い相互作用の現れとして理論的に予測された最初の現象の1つは、電子が結晶化して規則的な格子を形成するウィグナー結晶であった。ウィグナー結晶は、熱ゆらぎまたは量子ゆらぎによって融解し得る。クーロン相互作用と運動エネルギーは複雑に影響し合うため、ウィグナー結晶の量子融解は、エキゾチックな中間相や量子磁性を生じさせると予測されている。しかし、量子領域における二次元ウィグナー結晶の研究には、強磁場やモアレ超格子ポテンシャルが必要になることが多いため、相互作用する電子液体の完全な相図を得るには限界があった。今回我々は、六方晶窒化ホウ素で隔てられた2枚の単層MoSe₂からなる原子層遷移金属ジカルコゲニドヘテロ構造において、磁場もモアレポテンシャルも用いずに2層ウィグナー結晶を観測したことを報告する。我々は、極低温において、2枚のMoSe₂層に対称な（1:1）電子ドーピングと非対称な（3:1、4:1、7:1）電子ドーピングを行ったときに、ロバストな相関絶縁状態の光学的特徴を観測した。我々は、これらの特徴を、連動した2つの整合三角形電子格子で構成され、層間相互作用によって安定化された、2層ウィグナー結晶によるものと考えている。このウィグナー結晶相は非常に安定であり、最高6 × 10¹² cm⁻²の電子密度で量子融解転移を、最高約40 Kの温度で熱的融解転移を示した。今回の結果は、原子層ヘテロ構造が、多体電子状態を実現させたり、それらの液–固相転移や磁気量子相転移を調べたりするための高度に調整可能なプラットフォームとなることを示している。

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