科学家通过弯曲诱导层间滑动调节二维材料性能

中国科学院宁波材料技术与工程研究所（NIMTE）的一个研究小组提出了一种新策略，通过机械弯曲精确操纵二维（2D）范德华分层材料的层间堆叠顺序和相关性能，实现高效的电极化切换。该研究发表在《物理评论快报》上

二维范德华材料因其顺应性和机械柔性而在柔性电子领域受到关注。二维材料由原子薄层组成，具有独特的层间堆叠能力。通过修改这种堆叠顺序，可以实现各种相位，从而解锁非凡的电、光和磁性能。然而，实现对2D材料堆叠顺序的精确控制是具有挑战性的

为了解决这个问题，研究人员提出了一种新的机械弯曲方法来动态控制二维材料的堆叠顺序和相关的光学、拓扑、电子和磁性。在之前的工作中，该团队使用人工智能辅助方法为h-BN和MoS2等二维材料开发了机器学习力场模型

在这项研究中，研究人员基于他们早期的力场模型，对h-BN、MoS2和非铁电双层石墨烯等双层材料进行了大规模的原子模拟。他们发现，弯曲材料会产生不可逆的扭结，这是一种由层间堆叠能和弯曲能之间的相互作用引起的现象。

在弯曲过程中，由于二维材料的高平面内刚度，会发生连续的层间滑动。通过原子弛豫，开发了三种具有不同弯曲角度的优化双层结构，从而形成了不同类型的畴壁

重要的是，弯曲引起的滑动促进了层间电荷转移，这可以逆转材料的极化。由于堆叠顺序在调节材料性能方面起着至关重要的作用，因此可以利用弯曲诱导层间滑动的机制来探索范德华材料中的“滑动柔性响应”

这包括滑动柔磁、滑动柔磁和滑动柔磁电子等效果，从而为下一代柔性电子产品的设计开辟了新的途径 More information: Ri He et al, Switching Two-Dimensional Sliding Ferroelectrics by Mechanical Bending, Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/PhysRevLett.134.076101

Journal information: Physical Review Letters