單一材料扮演四種角色，可當超導體、金屬、半導體、絕緣體

只需添加鉀離子和調整溫度，日本理化學研究所（RIKEN）團隊發現一種新方法能使「二硫化鉬」轉化為多種電子狀態，一種材料分飾四角，充當超導體、金屬、半導體、絕緣體皆可。

二硫化鉬（molybdenum disulfide）是由鉬、硫 2 種元素組成的化合物（化學式 MoS2），屬於二維過渡金屬硫化合物（transition metal dichalcogenides, TMDs）。這些年來，TMDs 以層狀結構、可調性、應用性等優勢引起許多研究人員興趣，比如電晶體、儲能元件、感測器。

最近日本理化學研究所團隊開發基於電晶體的技術，能使單層二硫化鉬材料表現各種電子行為，充當超導體、金屬、半導體或絕緣體；這種新技術也可能促進發現新超導材料。

二硫化鉬可分離成原子厚度的薄層，其中鉬原子夾在硫原子層之間，根據硫原子排列方式，二硫化鉬能在 2 種不同結構相存在：作為半導體的 2H 相，以及作為金屬的 1T 相，前者非常有希望用於下一代半導體設備。

為了探索材料如何在不同相之間變化，研究人員建置具場效應的電晶體，連接至 2H 相二硫化鉬樣品，並調節施加到電晶體的電壓，以高精度控制手法將鉀離子插入材料。

隨著鉀濃度增加，研究人員發現材料從 2H 相突然轉變為 1T 相，或者說當每 5 個鉬原子含約 2 個鉀離子就會發生這種變化，凸顯離子濃度與相行為的明確關聯。

接著，研究人員引入適量鉀離子再將樣品冷卻至 -268℃，發現 1T 相能變成超導體；如果鉀從 1T 相流出直到離子濃度相對較低，而溫度冷卻至 -193℃，材料則從金屬轉變為絕緣體。

該結果表明，引入鉀離子是控制二維材料（如二硫化鉬）結構與特性的強大新方法，不僅有助探索超導體與相關電子狀態新型特性，也有助發現新型超導體。

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（首圖僅為示意圖，來源：pixabay）