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。