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據悉，近日，清華大學材料學院劉鍇副教授課題組在《納米快報》（Nano Letters）上在線發表了題為《多相碲化鉬在等軸拉伸下的力學性質和斷裂行為》（Elastic Properties and Fracture Behaviors of Biaxially Deformed, Polymorphic MoTe2）的研究論文。該研究不僅獲得了多相MoTe2薄層的彈性模量、斷裂強度和斷口形狀，而且結合理論計算探討了面內各向異性二維材料在等軸拉伸下的力學行為。

力學性質是材料的基本性質。對于二維材料而言，了解其力學性質是實現應力調控、發展柔性電子器件的基礎。以往針對二維材料力學性質的研究多是基于各向同性材料，而各向異性材料在等軸拉伸下的力學性質，特別是斷裂行為則尚未被報道。MoTe2是一種典型的二維材料，它有三種相：六方晶格的2H相是面內各向同性的，而單斜晶格的1T’相和四方晶格的Td相是面內各向異性的。MoTe2的三相各自具有獨特的性質，又可相互轉變，因此受到了學術界廣泛關注。

劉鍇研究團隊通過機械剝離法制備了三相MoTe2樣品，并通過納米壓入法測試了其彈性模量和斷裂強度。三相的彈性模量相差在15 %以內，但2H相的斷裂強度比1T’及Td相高一倍。2H相的斷口是三叉形的，而1T’的斷口是一字形的（如下圖）。研究團隊通過二次諧波光譜確定了晶體取向，發現各相的斷口均是沿著Mo-Mo原子鏈方向（zig-zag方向），斷口的形狀反映了晶體的對稱性。第一性原理計算表明，對所有三個相，沿Mo-Mo原子鏈方向的邊界形成能最低，根據能量最低原理，該方向是首要的斷裂方向；但對1T’相，原子重構引起成鍵強度不均勻，使得較弱的化學鍵被選擇性的斷開，其斷裂強度明顯低于2H相。上述理論預測與實驗結果一致。本文第一次報道了基于納米壓入法測試各向異性二維材料在等軸拉伸下的力學行為，為研究其他各種二維材料的力學性質和斷裂行為提供了普適性參考。

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MoTe2的斷裂示意（左）及2H相（右上）、1T’相（右下）樣品的斷口形貌和晶體取向

該論文第一作者為材料學院16級博士生孫雨飛、美國天普大學Jinbo Pan博士、物理系博士生張澤濤，通訊作者為材料學院劉鍇副教授，美國天普大學Qimin Yan助理教授以及清華大學物理系徐勇副教授。其他重要合作者包括南方科技大學程春副教授、清華大學物理系段文暉院士、周樹云教授、吳揚博士，北京大學劉開輝研究員以及清華大學化學系焦麗穎副教授。該工作得到了基金委基礎科學中心項目、面上項目，科技部重點研發計劃以及霍英東教育基金等科研項目的支持。近日，清華大學材料學院劉鍇副教授課題組在《納米快報》（Nano Letters）上在線發表了題為《多相碲化鉬在等軸拉伸下的力學性質和斷裂行為》（Elastic Properties and Fracture Behaviors of Biaxially Deformed, Polymorphic MoTe2）的研究論文。該研究不僅獲得了多相MoTe2薄層的彈性模量、斷裂強度和斷口形狀，而且結合理論計算探討了面內各向異性二維材料在等軸拉伸下的力學行為。

力學性質是材料的基本性質。對于二維材料而言，了解其力學性質是實現應力調控、發展柔性電子器件的基礎。以往針對二維材料力學性質的研究多是基于各向同性材料，而各向異性材料在等軸拉伸下的力學性質，特別是斷裂行為則尚未被報道。MoTe2是一種典型的二維材料，它有三種相：六方晶格的2H相是面內各向同性的，而單斜晶格的1T’相和四方晶格的Td相是面內各向異性的。MoTe2的三相各自具有獨特的性質，又可相互轉變，因此受到了學術界廣泛關注。

劉鍇研究團隊通過機械剝離法制備了三相MoTe2樣品，并通過納米壓入法測試了其彈性模量和斷裂強度。三相的彈性模量相差在15 %以內，但2H相的斷裂強度比1T’及Td相高一倍。2H相的斷口是三叉形的，而1T’的斷口是一字形的（如下圖）。研究團隊通過二次諧波光譜確定了晶體取向，發現各相的斷口均是沿著Mo-Mo原子鏈方向（zig-zag方向），斷口的形狀反映了晶體的對稱性。第一性原理計算表明，對所有三個相，沿Mo-Mo原子鏈方向的邊界形成能最低，根據能量最低原理，該方向是首要的斷裂方向；但對1T’相，原子重構引起成鍵強度不均勻，使得較弱的化學鍵被選擇性的斷開，其斷裂強度明顯低于2H相。上述理論預測與實驗結果一致。本文第一次報道了基于納米壓入法測試各向異性二維材料在等軸拉伸下的力學行為，為研究其他各種二維材料的力學性質和斷裂行為提供了普適性參考。

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MoTe2的斷裂示意（左）及2H相（右上）、1T’相（右下）樣品的斷口形貌和晶體取向

該論文第一作者為材料學院16級博士生孫雨飛、美國天普大學Jinbo Pan博士、物理系博士生張澤濤，通訊作者為材料學院劉鍇副教授，美國天普大學Qimin Yan助理教授以及清華大學物理系徐勇副教授。其他重要合作者包括南方科技大學程春副教授、清華大學物理系段文暉院士、周樹云教授、吳揚博士，北京大學劉開輝研究員以及清華大學化學系焦麗穎副教授。該工作得到了基金委基礎科學中心項目、面上項目，科技部重點研發計劃以及霍英東教育基金等科研項目的支持。