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ナノスケール材料：二次元材料のオンチップ多自由度制御
Nature 632, 8027 doi: 10.1038/s41586-024-07826-x
二次元材料（2DM）とそのヘテロ構造によって、主に静電ゲーティングやツイスティングを通して変化させることのできる、調整可能な電気的特性や光学的特性が得られる。静電ゲーティングは2DMを操作する確立された手法だが、2DMの物理や高度な量子デバイス技術を研究する上で、界面特性のリアルタイム制御を実現することはいまだ困難である。現在の手法は走査型顕微鏡に頼ることが多く、適用範囲が限られており、デバイスレベルでの静電ゲーティングの利用可能性とスケーラビリティーに欠けている。今回我々は、微小電気機械システム（MEMS）を用いた、界面特性をin situで調節できる2DM用オンチップ・プラットフォームを提示する。このプラットフォームは、接近動作、ツイスティング動作、加圧動作を含む、2DMの正確な電圧制御操作が可能な小型かつコスト効率の高いデバイスで構成されている。我々は、ツイスト六方晶窒化ホウ素（h-BN）の非線形光学感受率において、メロンなどの人工トポロジカル特異点を生成することによって、この技術を実証した。この技術の重要な応用は、リアルタイムで広範囲に調整可能な偏光を示す集積光源の開発である。さらに我々は、調節可能なエンタングルメント特性を持つエンタングル光子対を生成できる、類似の量子光源を予測した。今回の研究によって、低次元量子物質の操作における既存技術の能力が拡張されるとともに、新しいハイブリッド二次元および三次元デバイスへの道が開かれ、物性物理学や量子光学、関連分野における影響が期待される。
