科研动态| 我院科研人员在光照诱导低维薄膜材料褶皱方面取得新进展
2022-11-09 18:01:27

随着柔性材料和器件的深入研究和广泛应用,低维薄膜材料的褶皱变形近年来引起了人们的关注和重视,现有的研究已经表明,材料表面的褶皱变形可以显著地改变材料的光、电、磁等性质,从而为进一步研究通过力学手段(如弹性应变工程)调控薄膜材料物理化学性质这一重要问题提供了新的思路。目前获得低维材料的表面褶皱主要是通过力学或热学方式诱导产生的,而近年来的实验已经证实,可以通过光场照射来诱导褶皱。由于在这一过程中,光源不会与材料直接接触,从而可以有效地减少缺陷和杂质的引入,延长器件的使用寿命。尽管如此,光照诱导低维材料褶皱变形的理论尚处于起步阶段。深入探索其微观机制将有助于设计出兼具高能量转化效率、高灵敏性和大变形的光电薄膜材料。

图:(a)光致褶皱示意图。(b)光致伸缩的理论与计算值。(c)光激发下面外长声学波模式的软化。(d)不同光照能量下的光致褶皱起伏度和波长。

为了进一步理解光诱导褶皱的机理,西安交通大学材料学院材料创新设计中心周健教授课题组及其合作者通过能带理论和连续介质力学模型,跨尺度地推导了光照诱导二维材料应变和褶皱的理论模型。他们指出光致应力与光照强度之间的关系可以通过电子结构变形势来描述,并进一步构建了光诱导下褶皱发生的物理图像。结合占据态限制的第一性原理量子力学计算,他们建立了褶皱的波长(L)和起伏(h)与光能流(I)之间的标度关系(L~I1/3h~I1/6)。这些发现为通过全光学手段调控二维薄膜光电材料的表面形态及其物理化学性质提供了理论基础。

这一工作发表于近期出版的Nano Letters上(DOI:10.1021/acs.nanolett.2c03238),第一作者为周健教授课题组博士生刘坤,通讯作者为周健教授,其他作者还包括北京大学毛晟研究员和中国科学技术大学张顺洪研究员。该研究受到国家自然科学基金面上/青年项目、安徽省自然科学基金项目和西安交通大学高性能计算平台的支持。

编辑:吴国娇