晶体管重塑二维材料的电子特性

RIKEN的一项研究表明，在二硫化钼的原子层之间挤压适量的钾离子可以将其从半导体变成金属、超导体或绝缘体。通过使用RIKEN物理学家开发的晶体管器件来调整其电子特性，可以使相同的分层材料表现为超导体、金属、半导体或绝缘体

这项研究发表在《纳米快报》杂志上

“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，”领导该团队的RIKEN新兴物质科学中心的Yoshihiro Iwasa说

这种材料是二硫化钼（MoS2），它可以被分离为一种非常薄的晶体，其中含有被硫原子夹在中间的钼原子层。这些硫原子可以以不同的方式排列，形成两个不同的相，称为2H和1T。2H相是半导体，而1T相是金属

Iwasa指出：“2H-二硫化钼在下一代半导体器件中的应用前景广阔。”

RIKEN的研究人员现在更详细地研究了这种相变。他们制造了一种称为场效应晶体管的器件，并将其连接到2H二硫化钼样品上。通过改变晶体管电压，他们可以精确地引导钾离子进入材料

随着更多的钾进入材料，材料的相突然从2H变为1T——大约每五个钼原子就有两个钾离子

然后，通过插入适量的钾并将样品冷却至-268°C，研究人员发现1T相变成了超导体

尽管之前在2H相中已经观察到超导性，但对于1T相来说，这是出乎意料的，而且它发生在不同的温度下。岩泽雄司说：“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。”

更多惊喜即将到来。当研究人员允许钾从1T二硫化钼中泄漏出来，直到它含有相对较低水平的离子，并将其温度设置为-193°C时，这种材料从金属转变为绝缘体

岩泽雄司说：“我们发现这很有趣，因为我们没有预料到这种现象会发生。”

这些结果表明，以这种方式引入钾离子是控制二硫化钼等二维材料结构和性能的有力方法。这种方法可能有助于发现新的超导体

岩泽雄司说：“在过去的十年里，我们一直在开发这种方法。”。“我们已经证明，它不仅对探索超导体和相关电子相的新特性有用，而且对发现新的超导体也有用。”