缺陷工程石墨的凹陷主导机械软化

我们测量了原子干净的缺陷工程石墨的二维弹性模量 $E^\text{2D}$，其已知的缺陷分布和密度在高度相关的真空实验中。通过低能（< 200 eV）Ar 离子辐射引入空位，利用半自主扫描透射电子显微镜和图像分析获得原子结构。基于原子力显微镜纳米压痕测量，我们观察到当测量相同的石墨薄膜在离子辐射引起的空位密度为 $1.0\times 10^{13}$ cm$^{-2}$ 时，$E^\text{2D}$ 从 286 N/m 降至 158 N/m。这一降幅显著大于大多数理论研究所预测的，与部分文献中呈现的测量结果形成鲜明对比。借助原子分辨模拟，我们显示这种软化主要是由于在具有两个或更多缺失原子的空位处的局部应变引起的凹陷所致，而单个空位的影响可以忽略不计。我们进一步证明，当表面污染物未被清除进行缺陷工程时，可以测量到相反的效果。