具有良好室溫塑性的多晶材料通常是具有高對稱性結構的金屬材料。一般而言，結構對稱性越高，可開動的等價滑移系越多，從而帶來更好的塑性。然而，近年研究發現，具有較低對稱性的、單斜結構Ag?S基無機半導體表現出可與金屬媲美的優異塑性。這似乎與上述經驗規律相矛盾，其變形機制尚不明確。另一方面，Ag?S材料不耐離子、電子輻照，微結構表征難度很大，目前幾乎沒有對其微觀組織結構的直接清晰觀測，關于其塑性變形機制的研究極具挑戰。
近日，中國科學院金屬研究所李秀艷研究員與上海交通大學魏天然教授、中國科學院上海硅酸鹽研究所史迅研究員等合作，選取與Ag?S具有相同單斜結構且在電子輻照下更穩定的Ag?SSe塑性半導體為研究對象，對其進行高壓扭轉（HPT）塑性變形，通過透射電子顯微鏡（TEM）成功觀察并解析了其微結構演化。相關工作以 “The structural origin of extraordinary plasticity in polycrystalline semiconductors with low symmetry” 為題發表于?Science Advances 期刊。
Ag?SSe單斜結構多晶半導體具有優異的室溫塑性，其拉伸、彎曲和壓縮應變分別可達25%、40%和50%，甚至可以塑性加工成具有優良性能的半導體彈簧。研究發現，其單斜結構中隱含了一個準體心立方（quasi-BCC）結構的高對稱性陰離子亞晶格，進而具有多個可開動滑移系，有效促進了塑性變形。團隊利用高分辨透射電鏡，在劇烈塑性變形后的樣品中清晰觀測到了單斜結構4個滑移面，（011）、（021）、（031）和（010）分別對應準立方結構中典型的（
）、（
）、（
）和（
）滑移面。理論計算表明，這些滑移系普遍具有較低的滑移能壘，且Ag離子具有大的振動位移，可有效適應陰離子亞晶格的相對滑動。
相關發現闡明了低對稱性Ag?S基多晶半導體塑性變形的微觀結構機制，為探索新型塑性半導體、豐富物質塑性變形理論打下了基礎。
該論文第一作者為金屬所博士生任晟弘，通訊作者為金屬所李秀艷研究員與上海交通大學魏天然教授。本研究得到了國家自然科學基金與中國科學院的資助。
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圖1. Ag?SSe的良好室溫塑性以及不同結構材料的室溫延伸率
圖2. Ag?SSe變形后位錯的HRTEM圖及其對應的準BCC結構陰離子亞晶格滑移面
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