2024年1月8日，Nat. Mater.線上發表了 香港理工大學趙炯教授、楊明助理教授和香港城市大學Thuc Hue Ly課題組 的研究論文，題目為【Deciphering the ultra-high plasticity in metal monochalcogenides】。
用鉛筆寫字會使筆尖上的石墨發生嚴重的塑性變形。與石墨類似，一種豐富的範德華（vdW）層狀材料家族以其強層內結合和弱層間相互作用而聞名，這使得它們很容易剝離成原子薄的二維（2D）薄膜。對具有靈活性、耐磨性、耐用性和高效能的電子器件追求使二維範德華材料成為潛在的下一代半導體。特別值得註意的是硒化銦（InSe），它表現出驚人的超高塑性。
在塑性方面，InSe、GaSe和MoS2沿基面分別表現出高達約12%、11%和9%的拉伸斷裂應變，並且所有這些材料都可以在20%的彎曲應變下變形。顯然，這種超高塑性與層間滑移有關。此外，層間相互作用和高剝離能的協同作用解決了跨層位錯滑移的作用。
在此研究中，為了加深對二維範德華材料中這種不尋常塑性的理解，並探索無機塑性半導體，作者對金屬單硫族化合物（MX）和過渡金屬二硫族化合物（MX2）進行了深入的實驗和理論研究。在MX中發現了一種普遍的塑性變形模式，這是由相變、層間滑移和微裂紋的協同作用促進的。這與具有強原子鍵的晶體形成對比，如金屬和陶瓷，其中塑性主要由位錯、孿晶或晶界驅動。滑移勢壘的增強透過改變堆垛順序後的釘紮效應阻止宏觀斷裂。二維MX材料中超高塑性和相變機制的發現對高效能無機塑性半導體的設計和開發具有重大潛力。
簡而言之， MX材料避免宏觀斷裂的微觀秘密可以描述為 ：
(1) 在大應變下，豐富的局部相變區導致層間堆垛順序的變化；
(2) 在相界或缺陷處均勻地產生微裂紋使應變馳豫；
(3) 層間滑移較多的微裂紋區可以進一步促進相變，靠近微裂紋的新形成相阻礙了層間滑移，從而阻止了微裂紋的聚結和發展； （4）微裂紋網絡提供了均勻的應變弛豫，避免了嚴重的應變集中。
論文連結：
Wong, L.W., Yang, K., Han, W. et al. Deciphering the ultra-high plasticity in metal monochalcogenides. Nat. Mater., 2024. https://doi.org/10.1038/s41563-023-01788-7
其他相關文獻：
[1] Wei, T., Jin, M., Wang, Y. et al. Exceptional plasticity in the bulk single-crystalline van der Waals semiconductor InSe. Science, 2020, 369, 542–545. https://doi.org/10.1126/science.aba9778
[2] Gao, Z., Wei, TR., Deng, T. et al. High-throughput screening of 2D van der Waals crystals with plastic deformability. Nat. Commun., 2022, 13, 7491. https://doi.org/10.1038/s41467-022-35229-x
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