日本東北大學與筑波大學研究團隊發現次世代半導體材料「Janus型二維薄片( Janus 2D Semiconductors)」的全新合成機制，成功解明在室溫電漿製程下，材料表面原子能夠選擇性被置換的原因。此項研究成果可望將過去依賴經驗法則的材料合成方式提升為可精準控制的設計技術，進一步促進新型半導體與創新電子元件的開發。
Janus型2D材料的特徵在於薄片正反兩側由不同元素構成，因此具有獨特的電子、光學及觸媒特性。然而，過去一直無法解釋為何在合成過程中僅有表面一側的原子會被其他元素取代。
為釐清其形成機制，研究團隊開發出一套可在真空環境下同步進行等電漿照射，並即時觀測材料結構與電性變化的原位分析技術。透過此項技術發現，電漿提供的電子會在二維薄片界面累積，改變局部電子狀態，促使原本穩定的原子鍵結顯著弱化。
在此電子累積效應作用下，即使在室溫條件下，也能促使表面原子發生置換反應，而薄片另一側則維持原有結構，最終形成具有上下異質結構的Janus型2D材料。
研究結果顯示，電子累積狀態是控制Janus型2D材料形成的重要關鍵因素。未來若能進一步控制界面電子分布與電漿條件，將可望實現更高精度的材料設計與製造，為次世代半導體、光電元件及奈米電子技術開創新的發展方向。