二次元物質をわずかに回転させて積層すると、原子周期よりはるかに長い「モアレ」周期が生じ、電子間相互作用や超伝導など多彩な量子現象が現れる。特に、二層のグラフェンを約1.1度の「魔法角」で積層した魔法角ねじれ二層グラフェン（MATBG）は、ゲート電圧によって電子密度を連続的に制御しながら、強相関状態や超伝導を発現できる量子物質として注目されている。

私は、このようなモアレ物質を単に新しい量子現象を観測するための「材料」としてではなく、量子状態そのものを電気的に設計・操作できる「デバイス」として利用する研究を進めてきた。

MATBGを上下のゲート電極によって局所的に制御することで、同一の二次元結晶内に超伝導領域と非超伝導領域を作り分け、超伝導チャネルやリング構造を形成した。これにより、材料を加工することなく、ゲート電圧だけで量子回路の形状や電子状態を再構成することが可能になる。

さらに、モアレ電子系における量子干渉を利用し、電子の位相情報を電気的に制御できる干渉デバイスを実現した。従来、強相関電子系の研究では、抵抗や磁化などを測定してその量子状態を「観測する」ことが中心であった。これに対して本研究では、強相関電子を空間的に閉じ込め、経路を形成し、その量子位相を干渉させることで、モアレ物質そのものを機能性量子デバイスへと発展させた。

これらの研究は、二次元物質が持つ特異な物性を発見するだけでなく、外場やデバイス構造によってその潜在機能を引き出すという研究へとつながっている。電子状態に加え、熱、ひずみ、機械変形など複数の自由度を積極的に利用することで、二次元物質を基盤とした新しい量子・電子デバイスの開拓を目指している。