韦小丁课题组在二维TMDC材料的力致相变理论方面取得进展

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自石墨烯问世以来，二维材料的结构及物理特性受到了人们广泛的关注。其中，二维过渡金属卤化物（Transition metal dichalcogenide, TMDC）因其独特、可调的带隙结构而在电子器件、能源和催化等领域有着广阔的应用前景。热力学理论计算已表明，对TMDC进行应变工程（即通过力学加载调控材料电子结构性质），是促使其从半导体2H相转变为金属1T'相的可能途径。然而，目前缺乏能够同时准确描述材料非线性大变形和相变过程的连续介质力学理论模型，对TMDC力致相变能否发生以及如何发生进行可靠预测。
         近日，北京大学工学院力学与工程科学系韦小丁研究员课题组联合毛晟研究员提出了描述各类TMDC力致相变的有限变形相场理论模型。基于第一性原理计算对参数进行校准，该模型成功为二硫化钼（MoS2）和二碲化钼（MoTe2）在复杂应变状态下的相变临界条件和力学稳定条件的竞争关系提供了判断依据。通过对原子力显微镜悬空压痕加载过程进行模拟，该研究发现MoS2会在相变过程前期发生剪切模式失稳，导致材料在相变完成前破坏。但MoTe2更加优异的力学稳定性使得2H→1T'的相变可以顺利完成（图1）。这一工作将为科学家们筛选合适的二维TMDC材料以及形成合理的应变工程方案提供理论指导。

图1. 悬空二维TMDC薄膜在纳米压痕条件下相变的理论模拟结果

     上述研究成果发表于固体力学领域旗舰期刊Journal of the Mechanics and Physics of Solids 上（https://doi.org/10.1016/j.jmps.2022.104955），朱文清博士为第一作者。此项研究得到了国家重点研发计划和国家自然科学基金的支持。


         


       文章来源：北京大学


       韦小丁2003年从中国科学技术大学近代力学系获得学士学位，2009年于哥伦比亚大学机械工程系获得博士学位后在美国西北大学机械工程系从事博士后研究工作至2015年。北京大学力学与工程科学系工作。主要研究领域包括石墨烯、碳纳米管等低维材料的基础力学研究，新型高性能复合材料设计和力学性能研究等。至今已在国际知名期刊发表SCI文章近30篇，包括《Science》，《NatureCommunications》，《ACS Nano》，《Journalof the Mechanics and Physics of Solids》等。