中国科学院金属研究所の陳興秋教授、孫岩教授らと西北工業大学の牛海陽教授からなる研究チームは、二原子層材料における新たな相転移メカニズムを解明した。この成果は6月29日、学術誌Proceedings of the National Academy of Sciencesに発表された。研究対象はテルル化モリブデンの一層膜であり、従来のマルテンサイト型転移モデルでは説明不可能だった低エネルギー状態での相変化が、一次元のドミノ倒し連鎖反応によって進行することを示した。 従来、遷移金属ダイカルコゲン化物の半導体相から半金属相への変化は複数原子の協調的なせん断変位を伴うマルテンサイト型転移だと考えられてきたが、高いエネルギー障壁が実際の観測と矛盾し長年論争となっていた。チームは深層学習ポテンシャルを用いた分子動力学シミュレーションにより、この相転移が特定結晶方向に沿ってテルル原子が順次ホッピングする一次元鎖反応で進行することを確認した。この経路はピエールズ歪みと局所位相変化を伴い、エネルギー障壁を大幅に低減する。また複数の亜安定状態を有する自由エネルギー地形は古典的な核生成成長モデルとは異なり、領域構成の動学的起源を説明する。 本メカニズムは単一領域と多領域構成の可逆切替えを可能にし、電子状態の高速変調応用が期待できる。さらに相転移中間体は二次非線形光学応答が著しく増強され、可視領域の光誘導シフト電流応答は約70μA/V2から約470μA/V2へ増加することも理論計算で示された。この発見は二次元材料の相エンジニアリングの新パラダイムを提示し、プログラム可能エレクトロニクスや光電デバイス分野における新材料設計と機能制御への展開が期待されている。