北理工課題組在二維材料層間耦合高壓調控方面取得重要進展
發布日期：2025-05-29 供稿：前沿交叉科學院 攝影：前沿交叉科學院
編輯：朱倩云 審核：鄭德智 閱讀次數：
近日，北京理工大學前沿交叉科學院陳亞彬教授課題組在二維材料層間耦合與晶格動力學的高壓調控及表征方面取得重要進展，相關成果以題為“Interlayer Engineering of Lattice Dynamics and Elastic Constants of 2D Layered Nanomaterials under Pressure”發表在學術期刊《Nature Communications》。
二維層狀功能材料中的層間耦合作用為探究其優異性能提供了新的自由度,如何精確量化和調控層間耦合作用并測量相關力常數仍具有巨大挑戰。該工作系統測試了不同層數二維材料的超低波數拉曼光譜，揭示了極端高壓條件下二維材料層間耦合調控的物理機制，并為高壓環境中精確量化二維材料的層間力常數和彈性模量等性質提供了可行的實驗方法。
圖1. 金剛石對頂砧高壓裝置及MoS2層間拉曼振動測試。
研究團隊提出了一種基于金剛石對頂砧裝置的高壓調控策略，結合自主搭建的超低波數拉曼光譜（最低~7 cm-1），系統研究了二維材料層數和壓力依賴的晶格動力學行為。通過引入高壓修正的單原子鏈模型（MCM），對二維材料的剪切模和呼吸模進行了擬合分析，獲得了層間力常數及彈性模量與壓力之間的定量關系。值得注意的是，2 H -MoS2拉曼振動模式S N ,1和LB N , N -1的壓力響應系數（d ω /d P ）呈現出相反的層數依賴趨勢，該趨勢可以通過高壓修正的MCM理論進行準確分析。結合雙原子鏈模型（DCM）與拉曼光譜數據，進一步定量提取了層內與層間的剪切力常數及其壓力系數，揭示了這些關鍵參數對層數的強烈依賴性。
圖2. 層間力常數及層間拉曼振動壓力系數的層數依賴性。
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控性，對理解其在極端條件下的響應機制具有重要意義。該工作第一完成單位為北京理工大學，并得到了南京大學徐偉高教授、清華大學李曉雁教授及北京計算科學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
附作者簡介：
陳亞彬，教授，博導，獲國家高層次青年人才項目支持。長期從事高壓高溫等極端環境下功能材料的多場耦合效應研究，發展金剛石對頂砧高壓高溫技術并探究功能材料在多物理場作用下的結構控制與動態調控。已發表SCI期刊論文60余篇，主持國家自然科學基金委等項目多項。
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