單一材料四種特性：超導體、金屬、半導體與絕緣體的驚人轉換

日本理化學研究所（RIKEN）的科學家們開發出一項突破性技術，利用特殊電晶體操控二硫化鉬（MoS₂），讓這種二維材料能隨心所欲地展現超導體、金屬、半導體或絕緣體等截然不同的電子特性。這項發現不僅顛覆傳統認知，更為次世代電子元件與超導體研究開闢全新道路。

研究團隊透過精準控制鉀離子的注入量與環境條件，成功誘發材料電子態的劇烈變化。最令人驚奇的是，原本被認為不可能出現超導特性的1T相結構，竟在特定條件下展現超導現象。主導研究的RIKEN創發物質科學中心巖佐義宏教授表示：「從材料科學角度來看，單一物質能呈現如此多元的電子特性，實在令人振奮。」

二硫化鉬的獨特之處在於其雙相結構：2H相具有半導體特性，而1T相則表現出金屬行為。研究人員首先建構場效電晶體裝置，連線2H相二硫化鉬樣本。透過調節施加電壓，他們能精準控制鉀離子的注入量。當鉀離子濃度達到每五個鉬原子對應兩個鉀離子時，材料會突然從2H相轉變為1T相。

更驚人的發現接踵而至。當研究團隊將注入適量鉀離子的1T相樣本冷卻至-268°C時，材料竟轉變為超導體。巖佐教授坦言：「最讓我們意外的是，鉀離子的引入竟能誘發超導現象。」此外，當研究人員讓鉀離子從1T相材料中緩慢逸散，並將溫度維持在-193°C時，材料又會從金屬態轉變為絕緣體。

這項歷經十年開發的技術，不僅能探索超導體的新奇特性，更有助於發現新型超導材料。巖佐教授強調：「我們已證實這種方法對於操控二維材料的結構與特性極具潛力。」這項突破性研究已發表於2024年10月的《奈米通訊》期刊。