【产通社，6月18日讯】RIKEN的科学家发现了如何利用一种晶体管技术将二硫化钼转变为超导体、金属、半导体或绝缘体的方法。
通过插入钾离子和调整条件，他们可以引发材料电子状态的巨大变化——出人意料地甚至将它变成超导体或绝缘体。这种对单一2D材料的新控制水平可能会在下一代电子学和超导研究中开启令人兴奋的突破。

释放单一材料的多功能

RIKEN的一组物理学家开发了一种基于晶体管的技术，允许单层材料呈现广泛的电子行为，充当超导体、金属、半导体或绝缘体。这种方法可能会导致新超导材料的发现。
“从材料科学的角度来看，基于单一材料的各种电子特性对我们来说非常有趣，”领导这项研究的RIKEN紧急物质科学中心的Yoshihiro Iwasa说。

正在讨论的材料是二硫化钼(MoS2)，它可以被分离成原子级的薄层。每层由夹在硫原子层之间的钼原子组成。根据这些硫原子的排列方式，二硫化钼可以存在于两种不同的结构相中：2H相，表现为半导体，1T相，表现为金属。
“2H二硫化钼非常有希望用于下一代半导体器件，”Iwasa指出。

用钾离子引导相移

为了探索这种材料如何在不同阶段之间转移，研究人员建立了一个场效应晶体管，并将其连接到2H相二硫化钼的样本上。通过调整施加在晶体管上的电压，他们能够高精度地控制钾离子插入材料中。
随着钾浓度的增加，材料突然从2H相转变为1T相。当每五个钼原子中大约有两个钾离子时，就会发生这种变化，这突出了离子浓度和相行为之间的明显联系。

触发超导性

然后，通过插入适量的钾并将样品冷却到-268°C，研究人员发现1T相变成了超导体。
尽管之前在2H阶段已经观察到了超导，但这对于1T阶段来说是出乎意料的，而且是在不同的温度下发生的。“对我们来说最大的惊喜是，当我们引入钾离子时，我们观察到了超导性，”Iwasa说。

绝缘的意外转变

更多的惊喜在等待着你。当研究人员让钾从1T二硫化钼中泄漏出来，直到它含有相对较低水平的离子，并将其温度设置在–193°c时，这种材料从金属转变为绝缘体。“我们发现这很有趣，因为我们没有预料到这种现象会发生，”Iwasa说。
这些结果表明，以这种方式引入钾离子是控制二维材料如二硫化钼的结构和性质的有力方法。

十年方法论与未来发现

“在过去的十年里，我们一直在开发这种方法，”Iwasa说。“我们已经证明，它不仅有助于探索超导体和相关电子相的新特性，而且有助于发现新的超导体。”

查询进一步信息，请访问官方网站https://www.riken.jp/en/news_pubs/research_news/rr/20250327_2/index.html，以及DOI:10.1021/ACS . nano lett . 4c 04134。（Robin Zhang，产通数造）