二次元金属二カルコゲナイドにおける電子および正孔の内因性移動度を制限する要因とは？

二次元（2D）金属二カルコゲナイド（MX2）は、最も一般的な2D半導体の一種であり、さまざまな化学的および物理的応用のための大きな可能性を示しています。しかし、電子/正孔移動度が低いことが制約となっており、これはさらなる発展を妨げる主要な課題の一つとして認識されており、移動度を制限する要因を理解し、より高い移動度を持つ代替品を発見するための努力が求められています。ここでは、密度汎関数摂動理論と電子-フォノンマトリックスのワニエ補間を用いて広範囲のMX2を研究した結果、内因性キャリア移動度は、一般的な信念に反して、有効質量と相関せず、広く使用されている変形ポテンシャル理論によって評価できないことがわかりました。代わりに、ほとんどのMX2では、内因性移動度は縦光学（LO）フォノン散乱によって制限されており、MoS2およびWS2では、縦音響（LA）フォノン散乱によって制限されています。さらに、LO散乱強度はボルン効果電荷の大きさと強く相関しており、キャリア輸送は原子振動によって誘導される電気的偏極変化に大きく影響されることを示唆しています。この発見により、ボルン効果電荷を用いて高移動度半導体候補のために2D MX2データベースを迅速にスクリーニングすることが可能になります。私たちの研究は、2D MX2の内因性キャリア移動度を支配する根本的な要因を明らかにし、高移動度候補を発見するための実用的な記述子を提供し、2D半導体におけるキャリア移動度を正確に評価するためのパラダイムとして機能し、結果として2D材料の開発に向けた重要なステップを築きます。