摘要：二维（2D）范德华异质结构由具有不同性质的不同二维晶体组成，是新一代二维电子器件的基石。然而，异质结构中的界面不可避免地会破坏体对称性和结构连续性，从而导致微妙的原子重排和新颖的电子结构。

二维（2D）范德华异质结构由具有不同性质的不同二维晶体组成，是新一代二维电子器件的基石。然而，异质结构中的界面不可避免地会破坏体对称性和结构连续性，从而导致微妙的原子重排和新颖的电子结构。

2025年1月16日，中国科学技术大学钟志诚教授在国际知名期刊Nature Communications发表题为《Spontaneous curvature in two-dimensional van der Waals heterostructures》的研究论文，高于翔为论文第一作者，钟志诚教授为论文通讯作者。

钟志诚，中国科学技术大学人工智能与数据科学学院教授。本科毕业于上海交通大学少年班，硕士毕业于北京大学，在2011年获得荷兰特文特大学（Twente University）博士学位。随后在维也纳技术大学从事博士后研究，以及在德国做洪堡学者和马普所博士后。2017年加入中科院宁波材料所任研究员，2024年加入中国科学技术大学。

钟志诚教授近15年来一直从事钙钛矿氧化物、磁电材料相关的理论计算研究，融合了多种理论方法，包括第一性原理密度泛函理论、深度学习方法、瓦尼尔投影、紧束缚模型、自旋轨道耦合模型、强关联模型、动态平均场理论、输运理论、以及自旋-电荷涨落理论。发表同行评审学术论文100余篇（含Nature子刊、Phys. Rev. Lett.等）。两次受邀撰写专著独立章节，由Springer和Elsevier出版社组织出版。近期研究方向为AI for Material Science。

在本文中，作者预测二维界面会经历“自发曲率”，这意味着当两个平坦的二维层彼此接近时，它们不可避免地会经历面外曲率。

基于深度学习辅助的大规模分子动力学模拟，作者观察到曲率引起的石墨烯/BN双层中高达3.8 Å的显著面外位移，产生了稳定的六边形莫尔图案，这与实验观察结果非常吻合。

此外，二维晶体的面外柔性使得曲率能够在整个系统中传播，从而影响异质结构的机械性能。

这些发现为二维范德华异质结构中的原子结构提供了基本的见解，并为其在设备中的应用铺平了道路。

图1：二维范德华异质结构的自发曲率模型

图2：石墨烯/氮化硼摩尔超晶格中的自发曲率

图3：基于表面重构模型和自发曲率模型的石墨烯/氮化硼双层的原子重排

图4：有限温度下石墨烯/氮化硼双层的高度位移分布

图5：外部加载下石墨烯/氮化硼异质结构的曲率模式和力学性能

图6：扭转石墨烯/氮化硼异质结构中的几何变形

综上，作者通过深度学习辅助的大规模分子动力学模拟，预测并观察到二维范德华异质结构中的界面会发生“自发曲率”，即当两个平面的二维层相互靠近时，会不可避免地经历面外曲率。

这项研究为二维范德华异质结构中原子结构的理解提供了基本见解，揭示了界面处原子重排的新机制。其强调了界面质量在决定器件性能中的主导作用，为界面工程提供了新的视角和方法，推动了原子级分辨率异质结构的制备技术发展。

未来，该研究有望应用于量子模拟、光电子器件、低摩擦连接器、多功能器件等领域，具有广泛的应用前景。

Gao, Y., Deng, F., He, R.et al. Spontaneous curvature in two-dimensional van der Waals heterostructures. Nat Commun16, 717 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-56055-x

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