東北大学の研究グループは，分子線エピタキシー（MBE）法と原子置換法を用いて2硫化バナジウム（VS2）の二次元シート（原子層薄膜）を作製し，その電子構造を調べた（ニュースリリース）。
通常，結晶中の電子は結晶と同じ周期を持って運動しているが，低次元物質において稀に結晶とは異なる周期で電荷と格子が変調する「電荷密度波（CDW）」と呼ばれる電荷配列現象が起こる。
結晶中の電子の運動量分布を表すフェルミ面の形はCDWの形成に密接に関与していると理論的に提案されている。具体的には，結晶の周期とは異なるベクトル量（ネスティングベクトル）によってフェルミ面どうしが繋がることで電子がフェルミ面間を自由に行き来できるようになり，CDWが現れるというもの。
多くの物質で現れるCDWはこの基礎理論で説明できるが，例外物質も報告されており，この問題を解決するために，二次元シートが何層も積み重なったバルク層状物質を単層化して，CDWをはじめとしてバルクにはない機能を発現させる取り組みが行なわれている。
バルク層状物質の1つであるVS2は，バナジウム原子（V）と硫黄原子（S）の層が積み重なった正八面体型（1T）の構造ユニットを持ち，金属的な電気伝導を示す。一方，バルクVS2をグラフェンのような薄い二次元シートにした際，どのような物性を示すのか，他の二次元元物質でよく見られるCDWが発現するのかは不明だった。
今回研究グループは，MBE法を用いて原子層2テルル（Te）化バナジウムVTe2を作製し，原子置換法よってTe原子をS原子に置換して原子層VS2を作製し，電子構造を観測した。
その結果，原子層VS2がフェルミ面の全ての領域においてエネルギーギャップを持つ絶縁体で，さらに，1次元的に電荷配列した特異なCDWが生じていることを明らかにした。実験と計算の比較から，このCDWは単純なネスティングベクトルをちょうど2倍した「高次ネスティングベクトル」を考慮して説明できるとわかった。
すなわち原子層VS2では，高次ネスティングベクトルによって電子がフェルミ面間を自由に移動することで高いエネルギー利得が生じ，それによってCDWと絶縁体状態が安定化している。
この結果から他の多くの二次元元物質においても，これまで説明できなかったCDWや類似現象であるスピン密度波の形成メカニズムに，高次ネスティングベクトルの関与が示唆される。
研究グループは今後，未だによくわかっていない二次元物質におけるCDWの起源や金属-絶縁体転移といった際立った電子伝導現象の起源の研究の進展とともに，高次ネスティングベクトル機構の制御により，原子層材料を用いたスイッチングナノデバイスなどの応用も考えられるとしている。
