一種探測范德華層狀材料層間剪切熱形變的光學(xué)方法
近日，南方科技大學(xué)電子與電氣工程系助理教授陳曉龍課題組在《自然通訊》（Nature Communications）上發(fā)表研究成果，發(fā)展了一種探測范德華層狀材料層間剪切熱形變的光學(xué)方法，并定量表征了其面內(nèi)剪切熱形變與層間剪切熱形變。 y>~Ke UC
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機械和熱變形是目前最常規(guī)的應(yīng)變引入方法，即通過圖案化襯底、鼓泡和彎折柔性襯底等方法誘導(dǎo)晶格畸變，在此基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)了豐富的具有應(yīng)用潛質(zhì)的新物理圖像。范德華層狀材料有著優(yōu)異的力學(xué)性能，如高面內(nèi)韌性與彎曲彈性，為施加應(yīng)變工程提供了得天獨厚的研究平臺，然而目前缺乏表征范德華材料層間微小機械/熱形變的有效策略。 uHf~KYL
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圖1：a, 溫度由T0降至T1時，N層黑磷/二氧化硅體系的剪切熱形變模型示意圖。b，利用黑磷通過范德華力耦合將剪切熱形變傳遞給單層WSe2，從而引起WSe2發(fā)光光譜的改變。c，單層WSe2在不同溫度下的發(fā)光光譜。d，結(jié)合實驗和理論模型的提取的層間剪切熱形變。 crhck'?0
作為直接帶隙半導(dǎo)體，單層二硒化鎢（WSe2）有著很高的發(fā)光效率；此外，其能帶結(jié)構(gòu)具有高應(yīng)變敏感性，對其應(yīng)變調(diào)制的光致發(fā)光光譜已有廣泛研究。有鑒于此，陳曉龍團隊設(shè)計了一個基于單層二硒化鎢的垂直范德華異質(zhì)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)中頂層二硒化鎢被用作原位應(yīng)變計，其變溫光致發(fā)光譜可直接反映出下層范德華材料的力學(xué)行為（如圖1所示）。此外，通過考慮同質(zhì)界面（黑磷-黑磷）與異質(zhì)界面（黑磷-二硒化鎢）的層間耦合作用，以及黑磷與二硒化鎢的楊氏模量和熱膨脹系數(shù)，建立了有效的范德華材料層間剪切熱形變模型。結(jié)合實驗數(shù)據(jù)與理論模型，可定量逐層求解出黑磷的面內(nèi)剪切熱形變與層間剪切熱形變。同時，還可得到黑磷溫度依賴的熱膨脹系數(shù)以及同質(zhì)界面與異質(zhì)界面處的層間耦合系數(shù)。本工作創(chuàng)新性地利用應(yīng)變依賴的光學(xué)性質(zhì)來表征范德華材料的面內(nèi)剪切熱形變，并且建立了行之有效的層間剪切熱形變模型，為開展范德華層狀材料熱應(yīng)變工程研究提供了有益的參考與啟示。 ( bBetX
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南科大2019級博士研究生張樂和2020級碩士研究生王晗為本文共同第一作者，陳曉龍和南京工業(yè)大學(xué)教授王琳為本文共同通訊作者，南科大為論文第一單位。 wT.V3G
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論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-31682-w
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