自由站立原子级薄膜的普适起皱现象
介观与纳米尺度物理
2025-07-15 v1
摘要
原子级薄膜（如过渡金属硫族化物）现已能在晶圆尺度上合成，达到与覆盖整座城市的纸张相同的极端长宽比（约 10^8）。然而，这些极端膜的内在（即不受约束的）三维形状仍是一个谜，其根源在于力学测量的基本限制：要测量如此超薄薄膜，首先需同时将其释放并稳定，且不引入约束边界。在此，我们针对该问题提出一种反直觉的解决方案：将原子级薄膜置于水面之上。利用适配水面的原子力显微镜（AFM）与拉曼光谱，我们揭示大尺度自由站立膜会自发起皱为具有长涌现长度尺度的普适力学状态，并遵循稳健的标度趋势。我们的解析与数值模型表明，这些普适趋势由多晶域的介观参数控制，而非原子尺度细节。此外，我们通过实验证明，皱纹导致弹性刚度大幅且可调地降低，降幅达两个数量级。本工作揭示了此前从未探测过的尺度下世界最薄材料的物理性质，并凸显其在可调应变控制纳米机械器件中的潜力。
引用
@article{arxiv.2311.05096,
title = {Universal wrinkling of freestanding atomically thin films},
author = {Jaehyung Yu and Colin Scheibner and Ce Liang and Thomas A. Witten and Vincenzo Vitelli and Jiwoong Park},
journal= {arXiv preprint arXiv:2311.05096},
year = {2025}
}
备注
Includes main text with 4 figures and supplementary text with 10 supplementary figures