层状无机半导体凭借其优异的物理性能，广泛应用于电子器件领域，成为推动科技发展的关键材料。前期，中科院上海硅酸盐研究所等研究机构在寻找具有良好可变形能力的无机半导体领域做出了重要贡献，根据层间和层内的键合机制，提出了塑性变形因子，并通过高通量筛选的方法筛选出数十种具有良好变形能力的层状半导体材料。这些层状半导体材料的晶体结构均具有较高的对称性。然而，对于复杂层状半导体材料是否具有室温变形能力及相关的变形机制尚待进一步探索。

西安交通大学材料创新设计中心研究团队通过量子化学键分析，初步预测单斜相碲化镓（GaTe）具有优异的可变形能力，特别是层间Te∙∙∙Te原子间的弱相互作用，可有效防止晶体在机械变形过程中的解理。该团队进一步通过弯曲与连续辊压实验，证明了单斜相GaTe具有出色的可变形能力和抗断裂性能（图1）。为了深入探究单斜相GaTe的变形机制，研究团队结合球差校正扫描透射电子显微镜技术与第一性原理计算，揭示了该材料的变形主要是由层间和跨层滑移驱动。由于其高度各向异性的结构，单斜相GaTe晶体的滑移系统较为复杂，滑移势能面具有高度的各向异性，导致其原子堆垛会在变形过程中会选择特定的滑移路径。单斜相GaTe晶体在经历变形后，其内部Ga-Ga同极键的断裂与重组，是维持其显著各向异性特征的关键因素。研究进一步发现，在辊压变形过程中，单斜相GaTe晶体会产生微裂纹以释放应力或应变，微裂纹边缘及裂尖形成的非晶层避免了裂纹扩展引发的整体结构破坏。该研究不仅揭示了单斜相GaTe独特的塑性变形机制，还为其在柔性电子、偏振光电探测器等领域的应用奠定了理论基础。

这项研究以“Deformable monoclinic gallium telluride with high in-plane structural anisotropy”为题发表在国际知名期刊Materials Today。西安交通大学金属材料强度国家重点实验室材料创新设计中心为本工作的第一作者单位与通讯作者单位。

论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1369702124002013

图1 单斜相GaTe晶体结构、连续辊压前后的形貌与辊压后的HAADF-STEM图像