東京科學大學透過自行構思的設計指南，成功開發出一種可廣泛控制p型／n型半導體特性與光學特性之「尖晶石型硫化物」材料。研究團隊也進一步證實，新材料在高效率綠色LED、太陽電池等用途具有應用潛力。發光二極體(LED)已廣泛用於號誌燈、照明設備等光源。然而，目前在綠光波段 的光轉換效率明顯下降。因此能高效率發出綠光的新材料開發成為當務之急。另在太陽電池領域，也亟需能更高效吸收光能的新型半導體材料。
有鑑於此，東京科學大學建立了一套旨在同時實現「高對稱性化合物可同時具備p型與n型導電性」以及「直接躍遷型並能於可見光範圍內廣泛控制能隙」等特性的設計指南。具體而言，包括「選擇具有立方晶系尖晶石型結構的化合物（AB₂X₄）」以及「在B位點使用具有 d⁰電子配置的元素，在X位點選擇硫元素」。
根據所構想的設計指針，研究團隊選擇了適切的元素。結果顯示，在尖晶石型氧化物中，價帶上端是由K點附近的能帶所形成；然而，在尖晶石型硫化物中，d軌域與p軌域的結合更為強烈，進而形成了深層的鍵結軌域。相對地，由非鍵結軌域組成的硫元素3p軌域則形成了淺層的價帶上端，因此更容易進行電洞摻雜。
研究中候選材料ZnSc₂S₄的能帶結構驗證了設計思路，呈現出目標的直接躍遷型結構。此外，若排除Mg等鹼土金屬，當A位置由具有（n－1）d¹⁰ns⁰電子構型且n ≥ 4的元素所佔據時，將會形成具有高度分散性的導帶。其能級變得更深，使得電子的有效質量更小，因此更容易進行電子摻雜。
在實驗中，研究團隊以（Zn₁₋ₓMgₓ）Sc₂S₄作為靶材，並透過固相反應法合成了x＝0~1的樣品。隨著x值的變化，材料的能隙可在約2.1 eV到2.9 eV之間連續變化，對應的發光波長也與能隙一致。換言之，在室溫下可於紫光至橙光範圍內連續控制發光波長。此外，當Mg的組成為x＝0.3時，正好落在綠光區域。
研究團隊也進一步對ZnSc₂S₄進行載流子摻雜實驗。結果顯示，若在B＝Sc的位置摻入Ti，材料會呈現n型半導體特性；若在A＝Zn的位置引入缺陷，則會形成p型半導體。