中国科大揭示二维异质结界面自发弯曲的原理

近日，中国科大苏州高等研究院钟志诚老师课题组在二维异质结界面结构领域取得新进展，相关研究成果以“Spontaneous curvature in two-dimensional van der Waals heterostructures”为题发表在国际知名期刊Nature Communications上。

二维范德瓦尔斯异质结由不同性质的二维晶体组成，是新一代2D电子设备的基石。这些异质结构中界面的形成不可避免地破坏了块体材料的对称性和结构连续性，导致原子重排和新的电子结构的出现。基于此，钟志诚团队提出了“自发弯曲”模型，用以解释二维异质结构中原子重排导致的面外起伏。这种弯曲是由堆叠能量和变形能量之间的竞争驱动的，与平面内应变无关。通过深度势能辅助的分子动力学模拟，他们观察到石墨烯/氮化硼异质结中显著的面外起伏（3.8 Å），并形成了莫尔图案。在莫尔图案的畴和畴界中，面外弯曲的曲率表现出相反的符号，导致了畴的扩张和畴界的压缩。这种曲率在热涨落和有转角的情况下仍然保持稳定。计算表明二维异质结的自发弯曲对外加应力敏感，会影响其机械性质，可能在量子模拟、光电子设备和低摩擦连接器等应用中发挥作用。

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自发弯曲模型的示意图

中国科大苏州高等研究院博士后高于翔和邓凤麟为论文第一作者，该工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院前沿科学重点研究计划等资助。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-56055-x