近日，重庆大学前沿交叉学科研究院量子材料与器件研究中心、物理学院周小元教授，重庆大学分析测试中心张斌副研究员，及南方科技大学韩晓东教授在室温塑性无机半导体材料研究领域取得重要进展，相关研究成果发表于国际顶级期刊《Nature Materials》，论文题目为“Van der Waals strain hardening and large uniform tensile elongation in GaSe”，首次揭示了GaSe超强拉伸塑性变形的微观机制。周小元教授为论文通讯作者，重庆大学为第一完成单位及通讯单位。
范德华材料因其在电子学、光电器件、信息存储与能量转换等领域的广泛应用而备受关注。其中vdW硫族化合物被认为是最具前景的新一代半导体体系之一。然而，该类材料的力学性能仍面临显著挑战。近年来，该类材料的力学行为受到广泛关注，InSe、GaS、GaSe及SnSe₂等单晶在压缩与弯曲条件下已表现出较高的可塑性（压缩应变>70%，弯曲应变>20%），但其拉伸塑性仍然受限。更为关键的是，在二维vdW单晶中，强共价键与高Peierls势垒显著抑制位错的形成与运动，使得传统金属中的位错增殖与缠结型应变硬化机制基本失效；同时，单晶体系缺乏位错塞积等协同强化过程，导致材料在屈服后极易发生局域化失稳与断裂。因此，在室温下实现vdW单晶中的应变硬化及由其支撑的均匀拉伸延展性，长期以来被认为几乎不可实现。
针对上述难题，研究团队提出了一种通过特定倾角（相对于[0001]晶带轴）加载诱导的vdW层间剪切滑移的策略。在该加载模式下，GaSe单晶能够在亚微米尺度拉伸过程中有效激活(0001)范德华层间滑移，而无需破坏层内Ga–Se或In–Se共价键。基于自主发展的原子分辨应力定量实验技术，揭示了一种非局域化的层间剪切机制：相邻vdW层之间的交替滑移能够有效均匀化拉伸应变并抑制局域化变形。该协同滑移过程进一步驱动GaSe由ε相向γ相的结构转变，并引入受限的滑移路径，从而形成一种此前未被认识的范德华应变硬化机制。该机制的普适性在InSe与SnSe2等其他硫族化合物中同样被证实。
图1 室温原位TEM拉伸过程中GaSe的变形行为
图2 原子尺度追踪相变过程中的层间滑移及γ-GaSe的变形机制，右侧为对应示意图
该研究重塑了人们对vdW半导体力学行为的基本认知，并为其在柔性电子器件中的应用奠定了基础。
论文链接：https://doi.org/10.1038/s41563-026-02614-6
本研究得到了国家杰出青年科学基金、国家自然科学基金、国家重点研发计划以及中央高校基本科研业务费专项资金的资助。原子尺度显微表征工作由北京工业大学先进材料微观结构与性能北京市重点实验室、重庆大学前沿交叉学科研究院（张大梁教授团队）及重庆大学分析测试中心的共同支持；定量化力学测试得到了百实创（北京）科技有限公司技术团队的协助。重庆大学物理学院博士生郑思康为论文第一作者，杨小龙副教授为共同第一作者；分析测试中心张斌副研究员为共同通讯作者。
