【本学研究者情報】

〇材料科学高等研究所／大学院工学研究科　教授　加藤俊顕
研究室ウェブサイト

【発表のポイント】

• 次世代のナノ半導体材料であるヤヌス型2次元シート^（注1）において、室温で原子が入れ替わる新たなメカニズム（電子蓄積モデル）を発見しました。
• 独自開発した「その場（in-situ）光学・電気観測システム」により、プラズマ由来の電子が2次元シートに蓄積することで原子間の結合を弱め、室温での反応を助けていることを突き止めました。
• 電子蓄積を光で制御することで反応を加速させることにも成功し、次世代2次元半導体の高度な制御に向けた重要な指針を構築しました。

【概要】

ヤヌス型2次元シート（以下、ヤヌス型2Dシート）は、表裏で異なる種類の元素を持つ特殊な構造から新機能が期待されていますが、なぜ室温で2Dシートの表側の原子のみが別の原子に置換されるのかについては明らかにされていませんでした(図1)。

東北大学大学院工学研究科の畢定坤大学院生、同大学材料科学高等研究所（WPI-AIMR）の加藤俊顕教授、筑波大学数理物質系/ホウ化水素研究センターの高燕林助教、丸山実那准教授らの研究グループは、ヤヌス型2Dシートにおける原子置換反応メカニズムを解明しました。独自開発の「その場（in-situ）光学・電気観測システム（図2）」により、プラズマから供給される電子が2Dシート界面に蓄積し、本来は強固な原子間の結合が弱まることで、室温という低エネルギー状態でも原子置換反応が選択的に進行することを明らかにしました。本成果は、次世代2次元半導体の原子置換制御に向けた重要な設計指針となるものであり、半導体、量子デバイス、太陽電池、水素発生触媒、燃料電池等様々な分野での応用が期待される成果です。

本成果は2026年4月20日（現地時間）、米国科学誌ACS Materials Letters（電子版）に掲載されました。

【用語解説】

注1. ヤヌス型2次元シート（ヤヌス型2Dシート）： 2次元状に並んだ原子シートの表側と裏側で、異なる種類の原子が配置された構造を持つ半導体。ローマ神話の双面神「ヤヌス」にちなんで名付けられた。

【論文情報】

タイトル：Hidden Role of Electron Accumulation in Driving Room-Temperature Topotactic Substitution for Janus 2D Semiconductors
著者： Dingkun Bi, Tianyishan Sun, Weizi Lu, Hiroto Ogura, Yanlin Gao, Mina Maruyama, Susumu Okada, Toshiaki Kato*
*責任著者：東北大学大学院工学研究科/材料科学高等研究所　教授　加藤俊顕
掲載誌：ACS Matterials Letters
DOI：10.1021/acsmaterialslett.6c00018

詳細（プレスリリース本文）

問い合わせ先

（研究に関すること）
東北大学材料科学高等研究所 （WPI-AIMR）
大学院工学研究科電子工学専攻
教授　加藤 俊顕（カトウ　トシアキ）
TEL: 022-217-6165
Email: kato12*tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）

（報道に関すること）
東北大学材料科学高等研究所 （WPI-AIMR）
広報戦略室
TEL: 022-217-6146
Email: aimr-outreach*grp.tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）