[论文解读] Shear-strain-induced two-dimensional slip avalanches in rhombohedral MoS2

Jing Liang, Dongyang Yang+5 more|arXiv (Cornell University)|Jun 21, 2023

Diamond and Carbon-based Materials Research被引用 4

一句话总结

本研究通过界面极化探测堆叠顺序转变，揭示了剪切应变下解理菱方相MoS2中的二维滑移雪崩现象。研究展示了幂律分布的极化畴，表明存在集体原子尺度滑移事件，对控制二维材料结构及理解纳米尺度塑性和相变具有重要意义。

ABSTRACT

Slip avalanches are ubiquitous phenomena occurring in 3D materials under shear strain and their study contributes immensely to our understanding of plastic deformation, fragmentation, and earthquakes. So far, little is known about the role of shear strain in 2D materials. Here we show some evidence of two-dimensional slip avalanches in exfoliated rhombohedral MoS2, triggered by shear strain near the threshold level. Utilizing interfacial polarization in 3R-MoS2, we directly probe the stacking order in multilayer flakes and discover a wide variety of polarization domains with sizes following a power-law distribution. These findings suggest slip avalanches can occur during the exfoliation of 2D materials, and the stacking orders can be changed via shear strain. Our observation has far-reaching implications for developing new materials and technologies, where precise control over the atomic structure of these materials is essential for optimizing their properties as well as for our understanding of fundamental physical phenomena.

研究动机与目标

• 研究剪切应变在诱发二维材料中集体原子尺度滑移事件中的作用。
• 探究在如MoS2等二维体系中，类似三维材料中常见的滑移雪崩是否会发生。
• 建立剪切应变与多层3R-MoS2中堆叠顺序转变之间的直接关联。
• 开发一种利用界面极化探测二维材料中堆叠顺序动态变化的方法。
• 理解此类滑移雪崩对材料性能工程与基础物理的启示。

提出的方法

• 采用机械剥离的多层菱方相MoS2（3R-MoS2）薄片作为实验体系。
• 利用界面极化作为探针，直接成像并量化二维薄片中的堆叠顺序。
• 在临界阈值附近的可控剪切应变作用下，触发滑移雪崩。
• 测量极化畴分布，识别出表征雪崩行为的幂律标度。
• 分析畴尺寸分布，推断集体的、尺度不变的滑移动力学。
• 将观测到的极化图案与应变下原子堆叠转变进行关联。

实验结果

研究问题

• RQ1 剪切应变是否能在如菱方相MoS2等二维材料中诱发二维滑移雪崩？
• RQ2 在多层3R-MoS2中，剪切应变与堆叠顺序转变之间存在何种关系？
• RQ3 3R-MoS2中产生的极化畴是否表现出与临界现象和雪崩相关的幂律尺寸分布？
• RQ4 界面极化如何实现实时、直接探测应变施加过程中堆叠顺序的变化？
• RQ5 此类滑移雪崩对二维材料的力学与电子性能具有何种影响？

主要发现

• 在剪切应变下，3R-MoS2中的极化畴表现出幂律尺寸分布，表明存在尺度不变的滑移雪崩。
• 在临界阈值附近的剪切应变可触发整个MoS2薄片中集体的二维滑移事件。
• 界面极化提供了一种直接、非侵入性的方法，用于成像和量化二维材料中的堆叠顺序转变。
• 观测到的畴图案表明，滑移雪崩可能在二维材料的解理过程中发生。
• 研究结果揭示，通过机械应变可动态改变二维材料中的原子堆叠顺序，为性能工程开辟新途径。
• 结果表明，二维材料表现出类似于三维体系的雪崩行为，对塑性和相变具有重要意义。