季威 研究組 供稿?

近日，中國人民大學(xué)物理學(xué)系季威教授研究組博士生潘宇浩、胡智鑫博士等，與浙江大學(xué)張澤院士團隊金傳洪教授研究組、約克大學(xué)袁俊教授等合作，運用第一性原理計算模擬結(jié)合掃描透射電子顯微鏡逐幀統(tǒng)計相結(jié)合的方法，在原子尺度上預(yù)測并直接觀察到了鉬原子在單層二硫化鉬表面和內(nèi)部運動的遷移路徑。相關(guān)研究成果以“Direct Imaging of Kinetic Pathways of Atomic Diffusion in Monolayer Molybdenum Disulfide”為題，于2017年5月26日在線發(fā)表在美國化學(xué)會《納米快報》上。

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圖 (a)理論計算預(yù)測鉬增原子在單層二硫化鉬表面的等勢能面圖。圖 (b)、(c)實驗統(tǒng)計鉬增原子及鉬缺陷的停留位置分布。圖 (d)、(e)理論計算得到的鉬增原子及鉬缺陷最可能的遷移路徑及遷移勢能圖。

在材料科學(xué)領(lǐng)域，原子擴散是很多重要的材料行為的最基本元過程?？煞耦A(yù)測并直接觀察原子在二維材料表面和內(nèi)部的遷移是一個十分重要卻亟待解決的問題。之前的研究表明，在原子尺度上直接觀察和預(yù)測這一元過程的具體行為十分不易。在本工作中，研究團隊通過第一性原理計算，預(yù)測了表面增原子與層內(nèi)Mo空位的最可能遷移路徑，并繪制了增原子和空位的遷移勢能曲面圖。他們運用球差校正掃描透射電子顯微鏡實現(xiàn)了對單層二硫化鉬上單個增原子和單個空位擴散的半實時成像，得到了與理論預(yù)測一致的實驗統(tǒng)計結(jié)果。同時，他們還發(fā)現(xiàn)增原子和空位的遷移驅(qū)動力來源于不同的物理機制，解釋了二者遷移率速率相差較大的原因。該研究有助于在原子尺度上深化對相變、催化等材料行為的認(rèn)識和理解，也初步展示了電子顯微鏡在觀察微觀原子擴散等領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。

物理學(xué)系博士生潘宇浩和浙江大學(xué)洪金華博士是該論文共同第一作者。物理學(xué)系季威教授、浙江大學(xué)金傳洪教授、約克大學(xué)袁俊教授是論文的共同通訊作者。論文的理論計算工作在人民大學(xué)完成，實驗工作由浙江大學(xué)和約克大學(xué)完成。該工作得到了科技部、國家自然科學(xué)基金委員會、教育部等的大力支持。

《Nano Letters》是美國化學(xué)學(xué)會在納米科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域的旗艦期刊，主要發(fā)表納米領(lǐng)域有重大突破的高質(zhì)量研究成果，該刊2015年的影響因子為13.779。