本研究由Sogang University的Sang Mo Yang教授、University of Seoul的Jeil Jung教授以及Seoul National University的Hyobin Yoo教授领导的团队合作完成。Sang Hwa Park、Nicolas Leconte和Huseung Lee为本文的共同第一作者。该研究成果于2026年发表在《Nature Communications》期刊上。

这项研究属于二维范德华材料与莫尔铁电学领域。当两层二维材料以微小角度扭转堆叠时，会形成莫尔超晶格。在菱方堆叠的过渡金属二硫族化物双层膜中，界面处会产生由层间滑移引起的面外极化，即滑移铁电性。由于层间范德华相互作用能与弹性能的竞争，超晶格会发生原子重构，形成由畴壁分隔的三角形铁电畴。多个畴壁相交的节点是理解莫尔铁电性的关键拓扑缺陷。尽管理论上这些节点受拓扑保护，不能在平滑连续变形下消除，但它们在外界刺激下的动态响应尚不清楚。此前的研究已观察到节点在全局电学调控下保持静止，而在弯曲衬底上可被扰动位移，这凸显了对节点拓扑保护性与动态行为进行系统研究的必要性。

本研究的核心目标是探究扭转二硒化钨莫尔超晶格中不同类型节点的动态行为和拓扑保护性，特别是在局域机械扰动下的响应，以期建立节点拓扑结构与力学响应之间的直接联系。

研究团队采用了系统的实验与理论模拟相结合的研究流程。第一步是利用暗场透射电子显微镜对节点拓扑结构进行高分辨率表征。研究对象为通过撕裂-堆叠法制备的扭转二硒化钨同质双层膜样品。研究人员利用多个对称等效的二阶衍射斑点采集暗场像，并将不同衍射条件下的图像赋予红、蓝、绿等颜色通道进行叠加，从而清晰分辨出具有不同伯氏矢量的畴壁。通过这一方法，他们不仅观察到了被六个三角形铁电畴规则包围的典型对称六重节点，还首次发现了非理想节点，包括四重节点和罕见的八重节点，以及伯氏矢量在畴壁中间发生改变的复杂结构。

第二步是基于原子力显微镜的开尔文探针力显微镜的力学操控实验。研究人员选取了特定的对称六重节点和高度不对称的六重节点作为研究对象。实验通过原子力显微镜的导电探针，在特定方形区域内进行接触式扫描以施加局域机械力，并称之为“力学扫描”。扫描后立即通过开尔文探针力显微镜成像来追踪节点位置的变化。研究发现，对称六重节点在高达120纳牛的加载力下，无论扫描方向如何改变，其位置均保持不动，表现出卓越的动态鲁棒性。相反，一个高度不对称的六重节点在仅60纳牛的加载力下，其位置便沿着力学扫描的慢扫描方向发生了位移。通过多次连续扫描，该节点被成功操控，累计净位移约为400纳米。这一结果揭示了节点移动可以被原子力显微镜针尖的扫描轨迹所引导。

为阐明这两种截然不同力学响应的内在机制，研究团队第三步进行了准静态加载模拟。他们利用LAMMPS软件包，通过修改的Tersoff势和依赖于堆垛的ILP势（registry-dependent ILP potential）分别描述层内键合和层间相互作用。模拟构建了对称和不对称两种堆垛构型，并在中心节点区域施加等幅度的面内作用力来模拟原子力显微镜针尖的扰动。模拟结果显示，在相同力场下，对称构型的原子均方根位移仅为0.9埃，而不对称构型则高达6.7埃，量化证实了对称结构对形变更强的抵抗力。能量演化分析进一步表明，不对称系统在加载过程中积累了更多弹性能，且在撤去外力并驰豫后，其节点位置发生了永久性位移，而对称结构则基本恢复到初始状态。这完美地解释了实验中对称节点鲁棒、不对称节点可移动的现象。

研究的第四步是一个意外发现。在对一个看似四重的节点施加力学扫描后，该节点发生了不可逆的断裂与湮灭。具体表现为原本相邻的两个同向极化畴合并为一个更大的单畴，而另两个畴则相互分离。结合暗场透射电子显微镜的分析，研究团队推断，这个四重节点并非真正的拓扑缺陷，而仅仅是畴壁的亚稳态交汇点，其能量态仅对应于一个局域能量最低点。因此，它不具备拓扑保护性，在微小机械扰动下就会跃迁至更稳定的畴构型。

本研究的主要结论是，在扭转二硒化钨莫尔超晶格中，节点拓扑结构与其力学响应之间存在直接联系。对称六重节点因其由三个具有不同伯氏矢量的畴壁相交所形成的拓扑网络，具有很强的恢复力，因而表现出动态鲁棒性。相反，不对称六重节点因几何结构导致恢复力减弱，可以被机械力操控。而四重节点则因缺乏拓扑保护，可在力学扰动下彻底湮灭。这项工作不仅系统性地分类了多种非理想节点构型，更首次通过实验和模拟揭示了不同类型节点在局域力学作用下的差异化动力学行为。

该研究的科学意义在于深化了对二维范德华材料中拓扑缺陷本质的理解，明确指出并非所有结构上的节点都拥有拓扑保护性，节点的拓扑特性决定了其对外界扰动的稳定性和可调性。这一发现为莫尔铁电学领域提供了基础性见解。从应用价值来看，理解和控制节点的动态行为对于设计基于莫尔超晶格的新型功能器件至关重要，因为莫尔铁电性和反铁电性等涌现功能均由节点密度和分布决定，本研究为实现这些功能的力学调控开辟了新思路。

本研究的亮点体现在多个方面。首先，在研究对象上，发现并表征了八重节点等罕见的非理想拓扑构型，拓展了领域认知。其次，在发现层面上，首次通过实验展示了通过原子力显微镜针尖扫描方向来操控莫尔超晶格节点位移的能力，实现了对拓扑缺陷的机械引导。最后，在方法学层面，将高分辨率暗场透射电子显微镜的伯氏矢量分析与原子力显微镜的局域力学操控及开尔文探针力显微镜的精确成像紧密结合，并提供准静态加载模拟作为理论支撑，形成了一个从结构识别、动态测量到机制解释的完整研究范式，为后续相关研究提供了强有力的方法论参考。