位错核的拓扑结构与极性决定了单层二硫化钼的机械强度

摘要： 与具有常见五七环（5|7）核心位错偶极的均质元素石墨烯不同，异质元素二硫化钼（MoS2）被发现含有多种能调控化学和物理性质的位错核心。然而，这些不可避免的位错核心如何影响MoS2的力学行为却几乎未被探究。本文通过直接原子尺度模拟，研究了拉伸载荷下单一位错嵌入MoS2单层的力学特性。所有孤立位错核心都会引发极性应力集中，其中伯格斯矢量较大的构型虽能量上不利但会呈现局部褶皱行为。研究表明：MoS2的本征抗拉强度由位错核心的拓扑结构与极性决定；位错核心诱导的最大残余应力与单层强度呈强负相关；力学失效始于缺失原子链侧的位错多边形键合处——扶手椅取向的4|8位错仅表现脆性断裂，而锯齿取向位错则出现双模式脆/韧断裂：Mo-S-Mo角取向裂纹呈脆性，S-Mo-S角取向裂纹则表现为韧性。本研究为通过位错工程实现异质二维材料力学设计及实际应用提供了新见解。