清華新聞網(wǎng)8月29日電 近日，清華大學(xué)機(jī)械工程系雒建斌院士、劉大猛副教授課題組在探測(cè)超快能量耗散領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。
從能量耗散角度探索超滑本質(zhì)一直是摩擦學(xué)領(lǐng)域的前沿課題。從本質(zhì)上講，電子耗散和聲子耗散主導(dǎo)了摩擦能量耗散的微觀(guān)過(guò)程，而這些過(guò)程通常發(fā)生在超快時(shí)間尺度（飛秒至納秒）。二維范德華異質(zhì)結(jié)由于具有弱的層間作用力和原子級(jí)光滑表面，從而成為構(gòu)建超滑界面的理想載體。而實(shí)際中，摩擦界面常常伴隨著缺陷的生成，造成超滑的失效。因此，探究缺陷如何影響范德華異質(zhì)結(jié)中的層間能量耗散過(guò)程對(duì)揭示超滑失效機(jī)理具有重要意義。
圖1.飛秒瞬態(tài)吸收成像技術(shù)探測(cè)原子級(jí)缺陷輔助電聲耦合過(guò)程的示意圖
該工作中，通過(guò)在石墨烯/WS2異質(zhì)結(jié)的石墨烯表面引入原子級(jí)缺陷，發(fā)現(xiàn)缺陷可以改變異質(zhì)結(jié)的層間能量耗散途徑。對(duì)于無(wú)缺陷樣品，層間能量耗散途徑主要為電荷轉(zhuǎn)移；但引入缺陷后，缺陷提供反沖動(dòng)量，打破了層間動(dòng)量守恒限制，使層間電聲耦合成為新的耗散途徑，屬于層間超碰撞過(guò)程（圖1）。因此，缺陷的出現(xiàn)會(huì)加快范德華異質(zhì)結(jié)中層間能量耗散速率。而這些能量耗散過(guò)程發(fā)生在超快尺度，課題組自主搭建了飛秒瞬態(tài)吸收成像系統(tǒng)，直接成像了電聲耦合的超快能量耗散過(guò)程（圖2），發(fā)現(xiàn)隨著缺陷濃度的增加，電聲耦合的散射時(shí)間從7.1ps加快到2.4ps，實(shí)現(xiàn)了利用原子級(jí)缺陷濃度調(diào)控電聲耦合速率。這為揭示缺陷導(dǎo)致超滑失效的機(jī)理提供理論支持，也為檢測(cè)摩擦界面原子級(jí)缺陷提供了新思路。
圖2.直接成像缺陷濃度調(diào)控電聲耦合速率的超快過(guò)程
近日，相關(guān)成果以“成像范德華異質(zhì)結(jié)中缺陷調(diào)控層間電聲耦合的超快過(guò)程”（Visualizing ultrafast defect-controlled interlayer electron-phonon coupling in van der Waals heterostructures）為題發(fā)表在《先進(jìn)材料》（Advanced Materials）期刊上。
清華大學(xué)機(jī)械系雒建斌院士和劉大猛副教授為論文共同通訊作者，機(jī)械系博士后劉歡為論文第一作者，2019級(jí)博士生王江彩和2017級(jí)博士生劉媛雙等參與了重要工作。該工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金委（重大科研儀器研制和青年科學(xué)基金）、博士后創(chuàng)新人才支持計(jì)劃等項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)支持。
論文鏈接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202106955
供稿：機(jī)械系
題圖設(shè)計(jì)：李娜
編輯：李華山
審核：呂婷
