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【本学研究者情报】

〇金属材料研究所　助教　Soungmin Bae
金属材料研究所　教授　熊谷悠

【発表のポイント】

• 2次元半导体惭辞厂?（二硫化モリブデン）中に、27种の元素をそれぞれドーピング^（注１）した际の安定な原子构造と电気特性を、高精度な理论计算を用いて予测しました。
• 通常の半导体とは异なり、全ての添加元素において、电気を运ぶキャリアが局在する状态が安定となることを明らかにしました。
• この発见は、惭辞厂?中の电気伝导が不纯物伝导であることを示唆しており、次世代デバイス开発において重要な设计指针を与えます。

【概要】

原子3个分の厚さから成る2次元物质の迁移金属ダイカルコゲナイド（罢惭顿颁）^（注2）の中で代表的な単层二硫化モリブデン（惭辞厂?）は、优れた电気的および光学的特性を持つことから、次世代半导体材料として期待されています。惭辞厂?の电気特性や光学特性を制御するためには、适切な元素を添加すること（ドーピング）によるキャリア导入が必要ですが、これまで実験で検証された効果的な元素はレニウム（搁别）など数种类に限られていました。

东北大学金属材料研究所Soungmin Bae（ベ ソンミン）助教、清原慎講師、熊谷悠教授、大学院工学研究科の宮本伊武己大学院生らの研究グループは、二硫化モリブデンに27種類の元素を導入した際の安定な原子構造や電気特性を、密度汎関数理論^（注3）に基づく精緻な计算机シミュレーションにより明らかにしました。その结果、すべての元素において、导入したキャリアが局在する状态が安定となり、通常の半导体で见られる広がった状态とは异なることが分かりました。このことは、不纯物を添加した惭辞厂?は、従来想定されていた通常のバンド伝导とは异なり、添加元素间を飞跃しながら移动する不纯物伝导が支配的であることを示唆します。この発见は惭辞厂?における普遍的な电気伝导メカニズムを理解する上で重要な発见であり、ドーピングに使用できる元素の范囲を大きく広げました。

今回の研究成果は、2024年12月2日（現地時間）に米国化学会発行の学術誌ACS Nanoに掲載されました。

図1. （左）はMoS?の原子構造と添加元素の安定位置。（右）の色を付けた内からMoとSを除く27種の元素を、MoS?にドーピングした場合の安定位置を理論計算で求めた

【用语解説】

注1. 元素ドーピング
特定の元素を半导体に添加することで、半导体の电気伝导度や光学特性を制御する方法です。元素ドーピングにより、物质中に伝导电子や伝导正孔が供给され、电気伝导性を発现します。

注2.迁移金属ダイカルコゲナイド（罢惭顿颁）
遷移金属原子（M）とカルコゲン原子（X）から構成され、一般式 MX? で表される、単層が原子3個分の厚さ（1 nm以下）を持つ層状物質です。次世代の半導体材料として期待されており、デバイス応用が盛んに研究されています。代表的なTMDCには、MoS?や二硫化タングステン（WS?）などがあります。

注3. 密度汎関数理論
量子力学の基本方程式に基づき、物质中の电子の运动を计算する方法で、近年、固体物理の分野で広く用いられている手法です。

【论文情报】

タイトル：Universal Polaronic Behavior in Elemental Doping of MoS₂ 蹿谤辞尘　贵颈谤蝉迟-笔谤颈苍肠颈辫濒别
著者： Soungmin Bae*, Ibuki Miyamoto, Shin Kiyohara, and Yu Kumagai*
*責任著者：东北大学金属材料研究所　教授　熊谷 悠、助教　Soungmin Bae
掲載誌：ACS Nano
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详细（プレスリリース本文）

问い合わせ先

（研究に関すること）
東北大学 金属材料研究所
教授　熊谷 悠
TEL: 022-215-2106
Email: yukumagai*tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）

（报道に関すること）
东北大学金属材料研究所
情报企画室広报班
TEL: 022-215-2144
Email: press.imr*grp.tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）