具有良好室温塑性的多晶材料通常是具有高对称性结构的金属材料。一般而言，结构对称性越高，可开动的等价滑移系越多，从而带来更好的塑性。然而，近年研究发现，具有较低对称性的、单斜结构Ag₂S基无机半导体表现出可与金属媲美的优异塑性。这似乎与上述经验规律相矛盾，其变形机制尚不明确。另一方面，Ag₂S材料不耐离子、电子辐照，微结构表征难度很大，目前几乎没有对其微观组织结构的直接清晰观测，关于其塑性变形机制的研究极具挑战。

近日，中国科学院金属研究所李秀艳研究员与上海交通大学魏天然教授、中国科学院上海硅酸盐研究所史迅研究员等合作，选取与Ag₂S具有相同单斜结构且在电子辐照下更稳定的Ag₄SSe塑性半导体为研究对象，对其进行高压扭转（HPT）塑性变形，通过透射电子显微镜（TEM）成功观察并解析了其微结构演化。相关工作以 “The structural origin of extraordinary plasticity in polycrystalline semiconductors with low symmetry” 为题发表于 Science Advances 期刊。

Ag₄SSe单斜结构多晶半导体具有优异的室温塑性，其拉伸、弯曲和压缩应变分别可达25%、40%和50%，甚至可以塑性加工成具有优良性能的半导体弹簧。研究发现，其单斜结构中隐含了一个准体心立方（quasi-BCC）结构的高对称性阴离子亚晶格，进而具有多个可开动滑移系，有效促进了塑性变形。团队利用高分辨透射电镜，在剧烈塑性变形后的样品中清晰观测到了单斜结构4个滑移面，（011）、（021）、（031）和（010）分别对应准立方结构中典型的（）、（）、（）和（）滑移面。理论计算表明，这些滑移系普遍具有较低的滑移能垒，且Ag离子具有大的振动位移，可有效适应阴离子亚晶格的相对滑动。

相关发现阐明了低对称性Ag₂S基多晶半导体塑性变形的微观结构机制，为探索新型塑性半导体、丰富物质塑性变形理论打下了基础。

该论文第一作者为金属所博士生任晟弘，通讯作者为金属所李秀艳研究员与上海交通大学魏天然教授。本研究得到了国家自然科学基金与中国科学院的资助。

全文链接

图1. Ag₄SSe的良好室温塑性以及不同结构材料的室温延伸率

图2. Ag₄SSe变形后位错的HRTEM图及其对应的准BCC结构阴离子亚晶格滑移面