有機ポリマーによる2次元物質の新奇構造制御を実現~分子のチカラで不安定な構造を「安定化」する~

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2025-05-15 東京大学

東京大学大学院総合文化研究科の研究チームは、二硫化モリブデン(MoS₂)という2次元物質に対し、オゾン照射と有機ポリマーの被覆を組み合わせることで、半導体相(2H相)から金属的性質やトポロジカル物性が期待される1T′相へと結晶構造を変化させ、さらにその不安定な構造を安定化させる手法を開発しました。この方法により、従来困難だった1T′相の大気中での安定的な取り扱いが可能となり、量子デバイスの設計自由度向上や新たな物質作製法への応用が期待されます。本研究は、界面相互作用を利用した物質構造制御の新たな可能性を示すものです。

有機ポリマーによる2次元物質の新奇構造制御を実現~分子のチカラで不安定な構造を「安定化」する~
本研究で提案した結晶構造変化のイメージ

<関連情報>

有機エンラップメントによる1T′-MoS2の相エンジニアリング Phase Engineering of 1T′-MoS2 via Organic Enwrapment

Keigo Matsuyama,Limi Chen,Kohei Aso,Kaito Kanahashi,Kosuke Nagashio,Yoshifumi Oshima,and Daisuke Kiriya
Journal of the American Chemical Society  Published: May 7, 2025
DOI:https://doi.org/10.1021/jacs.5c02099

Abstract

Molybdenum disulfide (MoS2) is a layered material known to show various phases. Most studies on it have focused on its semiconductor phase, but it is known to also have a metallic 1T′ phase. This 1T′ phase has also drawn attention as a quantum spin Hall phase, but the 1T′ phase is metastable, and methods for transforming or stabilizing it are still challenging. This Communication demonstrates a method for effectively transforming the monolayer or the topmost layer of multilayer semiconductor MoS2 (the 1H or 2H phase) into the 1T′ phase via ultraviolet-ozone (UVO) treatment, followed by polymer enwrapment of the MoS2 surface. UVO induces the transformation of the 1H (2H) phase into the 1T′ phase, but the generated phase is unstable. The enwrapment procedure with the polymer poly-l-lysine was found to be effective in transforming the 1H (2H) phase into the 1T′ phase and stabilizing it. Moreover, this procedure transformed only the topmost layer and generated a vertical 1T′/2H heterostructure in multilayer cases. This study shows the high potential of surface organic chemical procedures to control the phases in 2D transition metal dichalcogenides.

0500化学一般
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