１原子層・１分子層の厚みでも安定に存在できる物質、それが二次元物質である。これらの物質は面直方向には結合手を持たないため、異なる物性、結晶構造、格子定数を持つ単結晶薄膜をファンデルワールス(vdW)力によって自由に積層した、vdWヘテロ構造の実現が可能である。我々はこれまでに様々なvdWヘテロ構造を作製し電子・光・スピン・超伝導分野との融合を目指してきた。
超伝導を示す二次元物質NbSe2同士を意図的にずらして積層させたvdW接合においては超伝導体間の波動関数の結合が切れ、ジョセフソン電流が流れることを発見した。外部磁場による超伝導電流の位相変調に成功し、vdW界面がジョセフソン接合として振る舞うことを見出した [1]。またグラフェン/NbSe2構造においては、超伝導近接効果によりグラフェン内への超伝導ギャップの形成に成功した。
　二次元の結晶構造はスピン依存伝導やスピン軌道相互作用の研究の場としても興味深い。我々は単原子層h-BNトンネルバリアを介したスピン依存伝導や、グラフェンへのスピン注入、さらに二次元物質強磁性体とそのヘテロ構造の実現等の成果をもとに、二次元物質vdW界面におけるスピントロニクス技術の確立を目指している [2]。
　グラフェンは状態密度が通常の金属と比べて極めて小さいため、グラフェン/MoS2ヘテロ接合においては界面のショットキー障壁の伝導が外部電界により、ほぼ絶縁からオーミックまで大きく変調されることを示した [3]。
　その他セミナーでは二次元物質の持つ様々な可能性と展望についても紹介する予定である。

参考文献
[1] N. Yabuki, R. Moriya et al., Nature Communications 7, 10616 (2016).
[2] T. Yamaguchi, R. Moriya et al., Appl. Phys. Express 6, 073001 (2013); M. Arai, R. Moriya et al., Appl. Phys. Lett. 107, 103107 (2015); T. Yamaguchi, R. Moriya, et al., Appl. Phys. Express 9, 063006 (2016).
[3] Y. Sata, R. Moriya, et al., Appl. Phys. Lett. 107, 023109 (2015); R. Moriya, et al., Appl. Phys. Lett. 106, 233103 (2015); T. Yamaguchi, R. Moriya, et al., Appl. Phys. Lett. 105, 223109 (2014); R. Moriya, et al., Appl. Phys. Lett 105, 083119 (2014); R. Moriya, et al., ECS Trans. 69, 357 (2015).