北理工課題組在二維材料層間耦合高壓調(diào)控方面取得重要進(jìn)展

發(fā)布日期：2025-05-29 供稿：前沿交叉科學(xué)院攝影：前沿交叉科學(xué)院

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近日，北京理工大學(xué)前沿交叉科學(xué)院陳亞彬教授課題組在二維材料層間耦合與晶格動(dòng)力學(xué)的高壓調(diào)控及表征方面取得重要進(jìn)展，相關(guān)成果以題為“Interlayer Engineering of Lattice Dynamics and Elastic Constants of 2D Layered Nanomaterials under Pressure”發(fā)表在學(xué)術(shù)期刊《Nature Communications》。

二維層狀功能材料中的層間耦合作用為探究其優(yōu)異性能提供了新的自由度,如何精確量化和調(diào)控層間耦合作用并測(cè)量相關(guān)力常數(shù)仍具有巨大挑戰(zhàn)。該工作系統(tǒng)測(cè)試了不同層數(shù)二維材料的超低波數(shù)拉曼光譜，揭示了極端高壓條件下二維材料層間耦合調(diào)控的物理機(jī)制，并為高壓環(huán)境中精確量化二維材料的層間力常數(shù)和彈性模量等性質(zhì)提供了可行的實(shí)驗(yàn)方法。

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圖1. 金剛石對(duì)頂砧高壓裝置及MoS₂層間拉曼振動(dòng)測(cè)試。

研究團(tuán)隊(duì)提出了一種基于金剛石對(duì)頂砧裝置的高壓調(diào)控策略，結(jié)合自主搭建的超低波數(shù)拉曼光譜（最低~7 cm^-1），系統(tǒng)研究了二維材料層數(shù)和壓力依賴的晶格動(dòng)力學(xué)行為。通過(guò)引入高壓修正的單原子鏈模型（MCM），對(duì)二維材料的剪切模和呼吸模進(jìn)行了擬合分析，獲得了層間力常數(shù)及彈性模量與壓力之間的定量關(guān)系。值得注意的是，2 H -MoS₂拉曼振動(dòng)模式S _N _,1和LB _N _{, N -1}的壓力響應(yīng)系數(shù)（d ω /d P ）呈現(xiàn)出相反的層數(shù)依賴趨勢(shì)，該趨勢(shì)可以通過(guò)高壓修正的MCM理論進(jìn)行準(zhǔn)確分析。結(jié)合雙原子鏈模型（DCM）與拉曼光譜數(shù)據(jù)，進(jìn)一步定量提取了層內(nèi)與層間的剪切力常數(shù)及其壓力系數(shù)，揭示了這些關(guān)鍵參數(shù)對(duì)層數(shù)的強(qiáng)烈依賴性。

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圖2. 層間力常數(shù)及層間拉曼振動(dòng)壓力系數(shù)的層數(shù)依賴性。

該研究成果深入展示了二維層狀材料層間耦合作用的可調(diào)控性，對(duì)理解其在極端條件下的響應(yīng)機(jī)制具有重要意義。該工作第一完成單位為北京理工大學(xué)，并得到了南京大學(xué)徐偉高教授、清華大學(xué)李曉雁教授及北京計(jì)算科學(xué)研究中心康俊研究員等的鼎力合作幫助。

論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-60211-8

附作者簡(jiǎn)介：

陳亞彬，教授，博導(dǎo)，獲國(guó)家高層次青年人才項(xiàng)目支持。長(zhǎng)期從事高壓高溫等極端環(huán)境下功能材料的多場(chǎng)耦合效應(yīng)研究，發(fā)展金剛石對(duì)頂砧高壓高溫技術(shù)并探究功能材料在多物理場(chǎng)作用下的結(jié)構(gòu)控制與動(dòng)態(tài)調(diào)控。已發(fā)表SCI期刊論文60余篇，主持國(guó)家自然科學(xué)基金委等項(xiàng)目多項(xiàng)。

北理工課題組在二維材料層間耦合高壓調(diào)控方面取得重要進(jìn)展

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