二硫化鉬(molybdenum disulphide, MoS2)是科技上相當重要的2D材料，具有應用在眾多裝置上的潛力。最近，美國與中國科學家發現它在高壓下能從半導體轉變成金屬。這項嶄新發現將有助於發展壓力感測器、開關與可撓式與硬式電子產品中的轉換器(transducer)。 多層MoS2是能隙約1.2 eV的半導體，它是由三原子(triatomic)層相疊而成，其中在每一個過渡金屬平面的鉬原子都以共價鍵與上下兩個硫原子平面相連。有別於單原子層疊成的多層石墨烯，多層MoS2中的硫-硫層因為處於d電子軌域，層間距又只有0.65 nm，彼此有強烈的交互作用，這意味著此材料在高壓之下會經歷電子相變(phase transition)。 由Deji Akinwande、Jung-Fu Lin與Abhishek Singh領軍德州大學奧斯丁分校及中科院研究團隊證實了此現象。他們宣稱在施加約19 GPa的壓力後，能將多半導體MoS2金屬化。這全要歸功於材料中的硫-硫相互作用因層間距減少而造成的價帶與傳導帶重疊。 Akinwande的團隊將MoS2置於鑽石砧中，一邊逐漸將壓力增加至35 GPa，一邊測量材料的光學、結構與電性。由於鑽石是透明的，研究者得以使用拉曼光譜與同步X光繞射光譜觀察砧中的2D材料。他們發現，MoS2的晶格會在壓力達到約10 GPa時開始變形，等壓力到了約19 GPa，出現明顯的半導體至金屬相變。與溫度相關的電阻量測也證實，材料發生相變時電阻率會劇烈下降。 該團渡認為他們的發現能協助開發新的MoS2裝置，透過施加壓力來控制能隙並調節光電特性。目前該團隊正忙著研究缺少硫-硫交互作用的單層MoS2及另一種2D材料過渡金屬硫化物(transition-metal dichalcogenide, TMD)裡，是否也有類似現象。Akinwande表示，此研究或許能開啟高壓超導性之類的新物理學，而石墨烯-TMD複合結構也可能在高壓之下產生有趣的物理現象。詳見近期的Nature Communications | doi:10.1038/ncomms4731。 |