近日，浙江大学与中国科学院上海硅酸盐研究所合作，在块体层状范德华晶体塑性调控方面取得重要进展。研究团队提出离轴预压缩策略，在晶体内部可控构筑层间莫尔扭转结构，显著降低层间扭转与滑移能垒，使GaGeTe单晶的室温宏观最大拉伸应变由8.3%提升至30.0%，提升约360%，同时保持优异的面内电输运性能。相关成果以“Tuning moiré twist angles enhances tensile plasticity in bulk van der Waals crystals”为题发表于《Nature Materials》。
中国科学院上海硅酸盐研究所博士后周佳丽、浙江大学博士研究生邹佳威、中国科学院上海硅酸盐研究所高治强副研究员为论文共同第一作者，中国科学院上海硅酸盐研究所张家伟研究员、史迅研究员和浙江大学硅及先进半导体材料全国重点实验室余倩教授为共同通讯作者。
二维层状范德华材料具有弱层间相互作用和强层内化学键，在柔性电子、光电子和可变形半导体器件等领域具有重要应用前景。近年来，部分块体层状范德华晶体已表现出室温塑性，但其宏观拉伸应变通常较低。如何在保持良好功能性能的同时进一步提高材料的拉伸塑性，是该领域面临的重要问题。
研究团队以三元层状范德华晶体GaGeTe为代表体系，提出利用离轴预压缩主动调 控层间结构。通过沿偏离晶体c轴约5°的方向施加单轴压缩，在层间引入额外的剪切分量和非均匀应力场，驱动相邻原子层发生相对旋转，从而在块体晶体内部预先构筑莫尔扭转结构。
力学测试结果表明，未经处理的GaGeTe单晶面内最大拉伸应变为8.3%±2.7%。随着预压缩程度增加，其后续拉伸塑性显著提高，并在预压缩应变约为10%时达到最佳状态，最大拉伸应变达到30.0%±3.3%。这一数值约为原始晶体的3.6倍，并超过此前报道的块体范德华材料宏观拉伸塑性水平。
为揭示塑性提升的微观机制，研究团队结合原位和离位透射电子显微镜，对预压缩和拉伸过程中的层间结构演化进行了系统表征。结果显示，未经预处理的GaGeTe在拉伸过程中主要形成6°以下的小角度莫尔扭转；经过离轴预压缩后，晶体内部可形成约1°至21.4°的宽角度莫尔扭转结构。
在后续拉伸过程中，这些莫尔结构进一步发生重构，扭转角逐渐向13.1°和21.4°等较大角度集中，并与层间滑移协同演化。通过持续的层间旋转、结构重构和滑移，材料能够有效释放局部应力，从而延缓裂纹形成和扩展。
理论计算进一步表明，莫尔扭转结构一旦形成，后续增大扭转角所需的能量变化可降低约一个数量级；与此同时，莫尔扭转可使GaGeTe层间滑移能垒降低约两个数量级，而解理能基本保持不变。由此，材料更倾向于通过层间扭转和滑移耗散机械能，而不是发生解理断裂。
基于上述实验与理论结果，研究团队建立了“离轴预压缩诱导宽角度莫尔扭转—降低层间扭转与滑移能垒—拉伸驱动莫尔重构与层间滑移协同变形”的塑性调控机制。
该方法还表现出良好的普适性。研究团队进一步在InSe、GaS、GaSe、CrSiTe3、InSiTe3和SnBi2Te4等多种层状范德华晶体中进行了验证，均观察到明显的塑性提升。其中，GaS和GaSe的最大拉伸应变分别达到24%和28%，InSe由约8%提高至15%；CrSiTe3由约7%提高至19%以上，InSiTe3由约5%提高至16%，SnBi2Te4由约7%提高至15%。
该研究将莫尔结构调控从电子结构和量子物性进一步拓展至宏观力学性能领域，揭示了层间莫尔扭转在应力释放和塑性变形中的作用，为理解层状材料的塑性机制以及设计兼具良好电学性能和机械柔性的层状半导体材料提供了新的思路。
该工作得到了国家自然科学基金（卓越研究群体B类、重点项目等）、中国科学院稳定支持基础研究领域青年团队、中国科学院上海分院青年攀登计划、上海市科委等项目的支持。
论文链接：
https://www.nature.com/articles/s41563-026-02731-2
图1 离轴预压缩在块体层状范德华晶体中引入莫尔扭转结构并提升宏观拉伸塑性。
图2 GaGeTe在拉伸、离轴预压缩及预压缩后拉伸过程中的莫尔结构及扭转角演化。
图3 莫尔扭转降低层间滑移与扭转能垒及其塑性调控机制。
