二次元ファンデルワールス酸化物の合成に成功~強相関酸化物と二次元物質の両方の特徴を併せ持つ新材料~

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2025-08-01 東京科学大学

東京科学大学と東北大学の研究チームは、世界で初めて二次元ファンデルワールス酸化物「2H-NbO₂」の合成に成功しました。この物質は、強相関電子系特性を持つ酸化物でありながら、二次元層状構造を有するため、次世代の電子デバイス材料として注目されています。ナノ薄膜の高温強酸化反応により、LiNbO₂からLiを除去して合成され、モット絶縁体特性や超伝導性を示すことが確認されました。これにより、強相関性と二次元性を併せ持つ新材料の開発が期待されます。

二次元ファンデルワールス酸化物の合成に成功~強相関酸化物と二次元物質の両方の特徴を併せ持つ新材料~図1. LiNbO2から2H-NbO2を合成するストラテジー

<関連情報>

強く相関したファンデルワールス酸化物:2H-NbO2 Strongly Correlated van der Waals Oxide: 2H-NbO2

Aya Sato,Takuto Soma,Hiroshi Kumigashira,Kohei Yoshimatsu,and Akira Ohtomo
ACS Nano  Published: July 18, 2025
DOI:https://doi.org/10.1021/acsnano.5c05513

Abstract

Two-dimensional (2D) materials are attracting attention as an advanced class of materials. However, despite the strongly correlated electron systems exhibiting emergent properties, transition metal oxides are not recognized as 2D materials due to their infrequent van der Waals (vdW) crystal structures. Herein, we present a synthesis route for a vdW 2H-type transition metal dioxide, 2H-NbO2, via a soft-chemical approach from the only 2H-type layered oxide LiNbO2. By combining epitaxially stabilized thin films with a nanoscale thickness and solvothermal reaction, we successfully deintercalated Li, exceeding the bulk limit, while maintaining the single-crystal nature. We demonstrate that the synthesized 2H-NbO2 is a correlated insulator with a half-filled single band, which endows exotic superconductivity to Li1–xNbO2, whose quantum critical phase diagram has similarities to those of cuprates and Moiré superlattices. Our findings indicate that “strongly correlated vdW oxides” could be an approach for introducing Mott physics to 2D systems and a key that connects each research field.

1700応用理学一般
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