说明二维材料中的应力和应变的新方法

　　像石墨烯这类二维（2D）材料仅由一个或几个原子层构成，近年来已被证明是材料科学领域中非常有前途的一种材料。它们表现出了卓越的性能，从传感器技术到太阳能电池开辟了全新的技术可能性。

　　然而，有一个至今还不能准确测量的参数：二维材料可能承受的极端内应力和应变，这通常会大幅改变材料的物理特性。奥地利维也纳工业大学的研究人员现在已经成功地在微观层面测量出了二维材料中的这些变形，从而可以精确观察（点对点的）二维材料的特性是如何随着简单的变形而改变。这种新的测量方法报道在Nature Communications的一篇论文中。

　　当材料拉伸或压缩时，其各个原子之间的距离会发生变化，并且此距离会影响材料的电子特性。这种现象多年来一直应用于半导体工艺。例如，硅晶体可以在处于恒定机械应力下生长。

　　但是，二维材料提供更大的潜力。维也纳工业大学光电子学院（电气工程与信息技术学院）的ThomasMüller说：“晶体在破裂之前可能会拉伸1％，而二维材料可能会使其变形10％到20％。”二维材料的电子性质取决于材料内存在的变形和机械应力，受其影响可以完全改变，例如电子吸收入射光的能力。

　　图片显示了像二硫化钼一样的二维材料是如何被拉伸和变形。 图片来源：维也纳工业大学

　　本文的主要作者Lukas Mennel解释说：“到目前为止，如果你想测量这种材料中存在的应力，你必须依靠极其复杂的测量方法。” 其中一种方法涉及用透射电子显微镜观察二维材料的表面，测量出原子之间的平均距离，然后从测量结果中推导出任何拉伸或压缩。维也纳工业大学研究人员现在已经使这个过程变得更简单和更准确。

　　他们通过利用倍频的显著效应来实现这一点。Müller解释说：“如果您使用合适的激光束照射特定材料（在我们的例子中是一层二硫化钼），该材料可能会反射不同颜色的光线。” 输入激光束中的两个光子可以结合形成一个具有双倍能量的光子，这是从材料内部发射的。

　　但是，这种效应的强度取决于材料内部的对称性。普通二硫化钼具有蜂窝状结构，即六方对称。 如果材料被拉伸或压缩，这种对称性会稍微变形，而这种小变形对材料反射回来光线的强度有很大的影响。

　　如果将一层二硫化钼置于微观结构上，其结果是一个复杂的局部变形样品。 激光现在可以用来扫描材料的点对点，从而获得这些拉伸和压缩的详细图。Mennel解释道： “在这样做的时候，我们不仅可以测量这些变形的严重程度，还可以看到它们的确切的运行方向。”

　　这种成像方法现在可用于对材料性质进行局部、有针对性的调整。Müller说：“例如太阳能电池中的定制材料的变形可以确保自由载流子尽可能快地向正确的方向扩散。”对二维·材料的这项研究意味着现在有了一个强大的新工具。