芯片研究，新突破

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日本理化學研究所的一項研究表明，在二硫化鉬原子層之間擠入適量的鉀離子，可將其從半導體轉變為金屬、超導體或絕緣體。通過使用由日本理化學研究所物理學家開發的晶體管器件來調整其電子特性，可使同一種層狀材料表現為超導體、金屬、半導體或絕緣體。

該研究發表在《納米快報》雜志上。

研究團隊負責人、日本理化學研究所新興物質科學中心的 Yoshihiro Iwasa 表示:“從材料科學的角度來看，基于單一材料的多種電子特性對我們來說非常有趣。”

這種材料是二硫化鉬，它可以分離成一種極薄的晶體，其中包含夾在硫原子之間的鉬原子層。這些硫原子可以以不同的方式排列，形成兩個不同的相，稱為 2H 和 1T。2H 相是半導體，而 1T 相是金屬。

Iwasa 指出:“2H 二硫化鉬在下一代半導體器件中有著極好的應用前景。”

日本理化學研究所的研究人員現在更詳細地研究了這種相變。他們制造了一種稱為場效應晶體管的裝置，并將其連接到 2H 二硫化鉬樣品上。通過改變晶體管電壓，他們可以精確地將鉀離子引導到材料中。

隨著更多的鉀進入材料，材料的相突然從 2H 變為 1T——大約每五個鉬原子就有兩個鉀離子。

隨后，通過加入適量的鉀，并將樣品冷卻至-268℃，研究人員發現1T相變成了超導體。

雖然之前在 2H 相中也觀察到了超導現象，但對于 1T 相來說，這是意料之外的，而且發生在不同的溫度下。“對我們來說，最大的驚喜是，當我們引入鉀離子時，我們觀察到了超導現象，”Iwasa 說。

更多的驚喜還在后面。當研究人員讓鉀從 1T 二硫化鉬中泄漏出來，直到其中包含相對較低的離子水平并將其溫度設置為 –193°C 時，該材料從金屬變成了絕緣體。

Iwasa 說道:“我們發現這很有趣，因為我們沒想到會發生這種現象。”

這些結果表明，以這種方式引入鉀離子是一種控制二硫化鉬等二維材料結構和性質的有效方法。該方法可能有助于發現新的超導體。

“我們在過去十年中一直在開發這種方法，”Iwasa 說道。“我們已經證明，這種方法不僅有助于探索超導體和相關電子相的新特性，還有助于發現新的超導體。”

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