MoTe2具有低维和多相的特点。实验表明，MoTe2层内可逆结构相变非常缓慢，应变驱动的相变周期可达数分钟，对电子器件的应用十分不利。最近实验发现，循环应变载荷作用下的多层1T’相MoTe2可实现快速可逆结构相变及材料电导率突变，切换周期可缩短至纳秒级，但这种高频可逆相变的微观机制尚不清楚。
近日，北京理工大学陈少华教授课题组与清华大学高华健院士合作，结合第一性原理计算和深度学习分子动力学，深入研究了多层MoTe2循环应变载荷下的可逆相变行为及其微观相变机制。
研究发现，高频单轴拉压循环载荷驱动下（图1），多层1T’-MoTe2可稳定实现厚度方向随机堆垛相T*和一种新亚稳态褶皱相T’b间的可逆切换（图2）。该新T’b相具有面外褶皱，且只在一定的压应变下出现。随着应变由压缩转为拉伸，T’b相的褶皱结构将被拉平转变为T*相。分子动力学结果表明，T’b和T*相互切换的临界应变存在稳定的数值差异，使得此类相变具有铁弹性（图2c）。
第一性计算显示，T’b相MoTe2相邻褶皱间的电导率相比T*相出现骤降，这表明T*相和T’b相之间的可逆相变正是多层MoTe2电导率突变的物理根源。该计算结果也在最近得到他人实验证实。
进一步分析了此种相变行为的稳定性，发现该种相变几乎不受加载频率、环境温度及样本厚度的影响，但受应变加载方向的显著影响，Armchair方向为优选加载方向。该发现为优化设计MoTe2高频纳米电子器件和降低制造相关故障提供了有价值的参考。
相关成果以 “Reversible Phase Transition Enables Rapid Electrical Switching in Multilayer MoTe2 under Cyclic Strain” 为题发表在国际著名学术期刊《Physical Review Letters》，2025， 135，056101。北京理工大学为该工作第一完成单位，陈少华教授和高华健院士为论文共同通讯作者，博士生杨博林为论文第一作者。
图1. 多层MoTe2分子动力学模型及循环应变加载方式
图2. 多层MoTe2循环应变下的可逆微结构相变
（审核：武志文）
