【產(chǎn)通社，6月18日訊】RIKEN的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了如何利用一種晶體管技術(shù)將二硫化鉬轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢?dǎo)體、金屬、半導(dǎo)體或絕緣體的方法。
通過插入鉀離子和調(diào)整條件，他們可以引發(fā)材料電子狀態(tài)的巨大變化——出人意料地甚至將它變成超導(dǎo)體或絕緣體。這種對(duì)單一2D材料的新控制水平可能會(huì)在下一代電子學(xué)和超導(dǎo)研究中開啟令人興奮的突破。

釋放單一材料的多功能

RIKEN的一組物理學(xué)家開發(fā)了一種基于晶體管的技術(shù)，允許單層材料呈現(xiàn)廣泛的電子行為，充當(dāng)超導(dǎo)體、金屬、半導(dǎo)體或絕緣體。這種方法可能會(huì)導(dǎo)致新超導(dǎo)材料的發(fā)現(xiàn)。
“從材料科學(xué)的角度來看，基于單一材料的各種電子特性對(duì)我們來說非常有趣，”領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)研究的RIKEN緊急物質(zhì)科學(xué)中心的Yoshihiro Iwasa說。

正在討論的材料是二硫化鉬(MoS2)，它可以被分離成原子級(jí)的薄層。每層由夾在硫原子層之間的鉬原子組成。根據(jù)這些硫原子的排列方式，二硫化鉬可以存在于兩種不同的結(jié)構(gòu)相中：2H相，表現(xiàn)為半導(dǎo)體，1T相，表現(xiàn)為金屬。
“2H二硫化鉬非常有希望用于下一代半導(dǎo)體器件，”Iwasa指出。

用鉀離子引導(dǎo)相移

為了探索這種材料如何在不同階段之間轉(zhuǎn)移，研究人員建立了一個(gè)場效應(yīng)晶體管，并將其連接到2H相二硫化鉬的樣本上。通過調(diào)整施加在晶體管上的電壓，他們能夠高精度地控制鉀離子插入材料中。
隨著鉀濃度的增加，材料突然從2H相轉(zhuǎn)變?yōu)?T相。當(dāng)每五個(gè)鉬原子中大約有兩個(gè)鉀離子時(shí)，就會(huì)發(fā)生這種變化，這突出了離子濃度和相行為之間的明顯聯(lián)系。

觸發(fā)超導(dǎo)性

然后，通過插入適量的鉀并將樣品冷卻到-268°C，研究人員發(fā)現(xiàn)1T相變成了超導(dǎo)體。
盡管之前在2H階段已經(jīng)觀察到了超導(dǎo)，但這對(duì)于1T階段來說是出乎意料的，而且是在不同的溫度下發(fā)生的�！皩�(duì)我們來說最大的驚喜是，當(dāng)我們引入鉀離子時(shí)，我們觀察到了超導(dǎo)性，”Iwasa說。

絕緣的意外轉(zhuǎn)變

更多的驚喜在等待著你。當(dāng)研究人員讓鉀從1T二硫化鉬中泄漏出來，直到它含有相對(duì)較低水平的離子，并將其溫度設(shè)置在–193°c時(shí)，這種材料從金屬轉(zhuǎn)變?yōu)榻^緣體�！拔覀儼l(fā)現(xiàn)這很有趣，因?yàn)槲覀儧]有預(yù)料到這種現(xiàn)象會(huì)發(fā)生，”Iwasa說。
這些結(jié)果表明，以這種方式引入鉀離子是控制二維材料如二硫化鉬的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的有力方法。

十年方法論與未來發(fā)現(xiàn)

“在過去的十年里，我們一直在開發(fā)這種方法，”Iwasa說�！拔覀円呀�(jīng)證明，它不僅有助于探索超導(dǎo)體和相關(guān)電子相的新特性，而且有助于發(fā)現(xiàn)新的超導(dǎo)體�！�

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