成像技术揭示了原子水平的材料变形

近年来，诸如石墨烯之类的二维材料仅由一个或几个原子层组成，是材料科学中非常有前景的方面。它们具有卓越的性能，开辟了从传感器技术到太阳能电池的全新技术可能性。

然而，到目前为止还有一个重要的现象是无法准确测量的：这种材料可能承受的极端内应力和应变，这通常会极大地改变材料的物理性质。TU Wien现在已成功地在微观层面上测量了2D材料中的这些扭曲，这意味着现在可以精确地(逐点)观察材料的特性如何由于简单的扭曲而改变。这些新的测量方法现已发表在专业期刊“自然通讯”上。

拉伸和压缩

当材料被拉伸或压缩时，各个原子之间的距离改变，并且该距离对材料的电子特性有影响。这种现象已经在半导体技术中使用了多年：例如，可以生长硅晶体，使得它们永久地处于内部机械应力下。

然而，仅由超薄层组成的二维材料提供了更大的潜力：“在破裂之前，晶体可以拉伸大约1%。使用2D材料，可以变形10%或20%”，来自TU Wien光电子学院(电气工程与信息技术学院)的ThomasMüller教授说。取决于材料内存在的变形和机械应力，电子特性可能完全改变，例如电子吸收入射光的能力。

“到目前为止，如果你想测量这类材料中存在的应力，你必须依赖极其复杂的测量方法”，该出版物的第一作者Lukas Mennel(TU Wien)解释道。例如，您可以使用透射电子显微镜观察表面，测量原子之间的平均距离，然后推断出任何拉伸或压缩。在TU Wien，这个过程现在变得更加简单和准确。

红灯亮，蓝灯亮

在这里，使用称为倍频的显着效果：“如果你照射特定的材料 - 在我们的情况下是一层二硫化钼 - 用合适的激光束，这种材料可以反射不同颜色的背光”，ThomasMüller解释道。入射激光束中的两个光子被组合以形成具有双倍能量的一个光子，该光子从材料发射。

但是，这种效应的强度取决于材料的内部对称性。通常，二硫化钼具有蜂窝状结构，即六边形对称。如果材料被拉伸或压缩，这种对称性会稍微扭曲 - 这种小的变形会对从材料反射回来的光的强度产生显着影响。

如果在微观结构上放置一层二硫化钼，就像在攀爬架上铺上橡皮布一样，结果就是局部扭曲的复杂图案。您现在可以使用激光扫描材料点以获得点，从而获得这些拉伸和压缩的详细图。“这样做，我们不仅可以测量这些变形的严重程度，还可以看到它们运行的​​确切方向”，Lukas Mennel解释道。

这些成像方法现在可用于材料特性的局部有针对性的调整。“例如，太阳能电池中的定制材料变形可以确保自由载流子尽可能快地沿正确的方向扩散”，ThomasMüller说。这项关于2D材料的研究意味着现在可以使用一种新的强大工具。

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