Исследователи из Института технологии и инженерии материалов Нинбо (NIMTE) Китайской академии наук разработали метод точного управления свойствами двумерных (2D) ван-дер-ваальсовых слоистых материалов. Проблема заключалась в сложности контроля порядка укладки атомарно тонких слоев, который определяет уникальные электрические, оптические, магнитные и топологические характеристики этих материалов. Решение было найдено в использовании механического изгиба для динамической манипуляции межслоевой структурой.
Новая стратегия основана на явлении непрерывного межслоевого скольжения, возникающего при изгибе материала. Высокая жесткость 2D-материалов в плоскости слоя приводит к тому, что при механическом воздействии слои смещаются относительно друг друга. Этот процесс был детально изучен с помощью крупномасштабного атомистического моделирования.
Моделирование проводилось на основе моделей силовых полей, разработанных ранее этой же группой с использованием методов машинного обучения и искусственного интеллекта. Эти модели позволили точно описать взаимодействия между атомами в таких материалах, как гексагональный нитрид бора (h-BN), дисульфид молибдена (MoS2) и неферроэлектрический двухслойный графен.
В ходе изгиба наблюдается взаимодействие между энергией межслоевой укладки и энергией самого изгиба. Это приводит к образованию необратимых изломов (кинков) в структуре материала. Атомная релаксация, происходящая во время этого процесса, оптимизирует структуру двойного слоя, формируя области с различными углами изгиба.
Важным следствием изгиба является возникновение различных типов доменных стенок – границ между областями с разной атомной укладкой. Формирование этих стенок напрямую связано с процессом межслоевого скольжения и атомной релаксацией.
Индуцированное изгибом скольжение слоев облегчает перенос заряда между ними. Этот межслоевой перенос заряда способен изменять и даже обращать электрическую поляризацию материала. Таким образом, механическое воздействие позволяет напрямую управлять электрическими свойствами на наноуровне.
Открытый механизм межслоевого скольжения под действием изгиба открывает путь к исследованию так называемых «скользящих флексо-откликов» в ван-дер-ваальсовых материалах. К ним относятся потенциальные эффекты, такие как скользящий флексомагнитный, флексофотовольтаический и флексодолинный эффекты.
Результаты исследования, опубликованные в журнале Physical Review Letters, демонстрируют принципиально новый способ контроля свойств 2D-материалов. Этот подход имеет значительный потенциал для разработки гибкой электроники следующего поколения, где механическая деформация может использоваться для активного управления функциональностью устройств.
Изображение носит иллюстративный характер
Новая стратегия основана на явлении непрерывного межслоевого скольжения, возникающего при изгибе материала. Высокая жесткость 2D-материалов в плоскости слоя приводит к тому, что при механическом воздействии слои смещаются относительно друг друга. Этот процесс был детально изучен с помощью крупномасштабного атомистического моделирования.
Моделирование проводилось на основе моделей силовых полей, разработанных ранее этой же группой с использованием методов машинного обучения и искусственного интеллекта. Эти модели позволили точно описать взаимодействия между атомами в таких материалах, как гексагональный нитрид бора (h-BN), дисульфид молибдена (MoS2) и неферроэлектрический двухслойный графен.
В ходе изгиба наблюдается взаимодействие между энергией межслоевой укладки и энергией самого изгиба. Это приводит к образованию необратимых изломов (кинков) в структуре материала. Атомная релаксация, происходящая во время этого процесса, оптимизирует структуру двойного слоя, формируя области с различными углами изгиба.
Важным следствием изгиба является возникновение различных типов доменных стенок – границ между областями с разной атомной укладкой. Формирование этих стенок напрямую связано с процессом межслоевого скольжения и атомной релаксацией.
Индуцированное изгибом скольжение слоев облегчает перенос заряда между ними. Этот межслоевой перенос заряда способен изменять и даже обращать электрическую поляризацию материала. Таким образом, механическое воздействие позволяет напрямую управлять электрическими свойствами на наноуровне.
Открытый механизм межслоевого скольжения под действием изгиба открывает путь к исследованию так называемых «скользящих флексо-откликов» в ван-дер-ваальсовых материалах. К ним относятся потенциальные эффекты, такие как скользящий флексомагнитный, флексофотовольтаический и флексодолинный эффекты.
Результаты исследования, опубликованные в журнале Physical Review Letters, демонстрируют принципиально новый способ контроля свойств 2D-материалов. Этот подход имеет значительный потенциал для разработки гибкой электроники следующего поколения, где механическая деформация может использоваться для активного управления функциональностью устройств.
