二维层状范德华材料因其优异且可调的电学性能，在下一代半导体及柔性电子器件中展现出极大的应用潜力。然而该类材料在力学性能上普遍面临严重瓶颈，层内强的共价键或离子键以及层间微弱的范德华相互作用导致其力学脆性显著，在实际服役过程中极易发生突发性断裂甚至灾难性失效。目前兼具室温塑性的块体层状材料极为稀缺，且其变形机制主要受限于常规的层间与层内滑移伴随位错运动，致使宏观拉伸伸长率通常低于12%，这极大阻碍了其在可形变及柔性器件中的实际集成应用。

虽然转角莫尔超晶格能够打破材料原有的晶体对称性，并在微观尺度上调控新奇的量子效应与物理特性，但如何将莫尔转角引入块体材料以调控力学性能仍是未被开拓的关键挑战。传统观念中莫尔转角多存在于微纳尺度的二维异质结中，在宏观块体范德华晶体中不仅难以均匀引入可控的转角分布，其能否充当类似位错的应力耗散通道、在不破坏层内电子输运的前提下实现大幅度塑性变形，也缺乏系统的理论支撑与变形机制指导。因此探索一种普适且简便的制备手段，在块体层状半导体中构筑可调控的莫尔转角并打破塑性与迁移率的权衡关系，是当前领域需攻克的重大课题。

针对上述问题，由上海硅酸盐研究所、浙江大学等组成的联合团队利用泽攸科技的原位TEM测量系统进行了深入研究，该团队提出了通过偏轴预压缩在块体范德华半导体中可控引入层间莫尔转角的新机制，成功实现了材料宏观拉伸塑性高达360%的显著提升，同时完整保持了优异的室温电学性能。

该项研究首先聚焦于块体层状范德华材料宏观拉伸脆性与塑性调控难题，创新性地提出并验证了利用偏轴预压缩工程化诱导层间莫尔转角的变形策略。研究人员以三元层状半导体GaGeTe晶体为典型模型系统，通过施加约5°的微小倾角进行离轴偏压处理，有效利用非均匀应力场与剪切扭矩在块体材料内部激发大范围的层间转角分布。拉伸力学性能测试结果表明，经过10%优化偏轴预压缩处理的GaGeTe晶体，其室温宏观拉伸应变从原始样品的8.3%大幅提升至30.0%，实现了高达360%的拉伸塑性飞跃。这一力学改性策略被进一步成功推广至InSe、GaS、GaSe、CrSiTe₃、InSiTe₃和SnBi₂Te₄等多种二元与三元块体范德华体系中，充分证明了莫尔转角调控力学行为在提升层状晶体延展性方面具备广泛的材料普适性。

图 偏轴预压缩诱导莫尔转角以增强块体单晶范德华半导体的拉伸塑性

图 原始拉伸态、压缩态以及压缩后拉伸态GaGeTe中具有不同转角的莫尔超晶格

为了精确阐明莫尔转角诱导高拉伸塑性的微观演变机制，研究团队开展了系统的室温原位与准原位透射电子显微分析。在力学行为微观追踪过程中，研究团队借助泽攸科技原位拉伸样品杆，在位移控制模式下对电子束透明薄区施加定量单轴拉伸载荷，实时捕获了晶体在受力变形过程中莫尔超晶格演变的原位动态信息。显微结构表征结合快速傅里叶变换与衍射分析清晰显示，未预压缩的样品在受拉时仅能激发小于6.0°的小角度莫尔条纹，而偏轴压缩样品则预先引入了跨度达1.5°至21.4°的宽范围莫尔结构。在随后的拉伸变形过程中，样品内部的微观转角逐渐向13.1°及21.4°等大角度连续重组演变，证实了层间转角的逐步增大与重构是释放宏观机械能、协调大变形的核心微观过程。

图 GaGeTe在不同预压缩量、厚度和应变速率下的拉伸变形行为

图 原始拉伸态GaGeTe单晶中转角为6.0°的莫尔超晶格

在微观实验观测的基础之上，研究团队深入探讨了层间莫尔转角降低滑移能垒的物理根源与能量耗散机理。基于密度泛函理论与广义层错能面的第一性原理计算表明，在原始未扭转晶体中直接构建大角度莫尔结构需要克服较高的形成能，但一旦形成初始莫尔构型，后续向更高转角演进所需的能量变化显著降低超过一个数量级。同时，由于莫尔扭转的存在，晶体层间Te-Te与Ga-Te相互作用显著削弱，使得层间滑移能垒剧烈下降约两个数量级，而材料的解理能基本保持恒定，从而促使解理能与滑移能垒的比值提升约两个数量级。这种极低的滑移阻力使得各单层在拉伸过程中能够以极小的切应力发生大规模的相对滑移与扭转重组，有效抑制了应力集中和微裂纹的灾难性扩展，从本质上解释了材料高抗断裂性与优异拉伸延展性的共存机理。

图 压缩态GaGeTe微裂纹附近的原子结构

图 拉伸态GaGeTe微裂纹附近的原子结构

这项研究最终着眼于解决柔性电子材料中力学塑性与电学输运性能长期存在的权衡瓶颈，评估了转角诱导塑性变形对电子能带结构及载流子迁移率的影响规律。电学性能测试与能带计算表明，p型GaGeTe单晶在室温下具备高达587 cm²·V⁻¹·s⁻¹的空穴迁移率，且其层间莫尔扭转变形完全局限于范德华间隙内部，层内强的化学键合网络与带边电子态均未受到破坏。因此，在经历偏轴压缩以及重复弯曲变形后，材料的霍尔迁移率与载流子浓度保持极高的稳定性，弯曲200次后的迁移率变化率小于1%。该成果成功打破了传统层状半导体塑性与迁移率难以兼得的困境，建立了通过可控范德华莫尔工程同步获得高宏观延展性与优异电输运稳定性的设计范式，为开发高性能、高可靠性的下一代柔性与可形变半导体器件提供了坚实的理论基础与技术路径。

图 扭转晶体的塑性变形机制

泽攸科技作为中国本土的高端精密仪器公司，是原位电子显微镜表征解决方案的一流供应商，推出的PicoFemto系列的原位透射电子显微镜表征解决方案，陆续为国内外用户的重磅研究成果提供了技术支持。下图为该研究成果中用到的泽攸科技原位TEM样品杆产品：

泽攸科技原位拉伸杆