弯曲声子不稳定性决定了层间方向上的固有范德华弹性极限

《Nature Communications》：Flexural phonon instability defines intrinsic van der Waals elastic limits in the interlayer direction

　　

摘要

弗伦克尔（Frenkel）的凝聚模型预测强固材料的理想弹性极限约为10%，这一结论在传统材料中得到了验证。然而，我们的研究表明，在范德华（vdW）固体中这种一致性被打破了，这挑战了现有的强度理论。通过原位拉伸测试结合第一性原理计算，我们发现石墨在层间方向上的局部解离失效发生在仅约3%的应变时，h-BN则在约2%的应变时发生——远低于由缺陷控制的极限，这些值定义了它们的内在弹性极限。在MoS₂、GaSe和三维晶体中并未观察到这种局部化现象。我们确定弯曲声子不稳定性是导致应变局部化级联的诱因，这种局部化过程产生了周期性纳米间隙，从而释放了弹性应变能。这种动态不稳定性重新定义了范德华晶体的内在弹性极限，并为通过应变工程调控其结构/传输性能提供了途径。