发现和控制物质的新相是材料研究的中心工作。原子薄的二维材料，如过渡金属二卤族化合物和单卤族化合物的出现，使二维中扩散、位移和量子相变的研究成为可能。

有鉴于此，麻省理工学院李巨教授和西湖大学李文彬等人，从二维材料的维数限制、弹性、静电、缺陷和化学等方面讨论了二维相变的热力学和动力学特征。重点介绍了多态，铁性和高温扩散相变，并研究了受控2D相变的技术潜力。最后，展望了二维相变的研究和应用前景，并指出了有待解决的关键挑战。

本文要点

1）为了实现2D材料的工业应用，必须实现高质量材料的大面积增长，灵活，耐用的材料处理，高性能的设备和系统以及较长的使用寿命。二维材料的相行为在所有这些生长-加工-服役步骤中是重要的。此外，长期以来人们一直在探索相变，以改善或实现独特的材料功能。

2）然而，在二维相变领域仍有重要的挑战有待解决。二维材料的相变在堆叠的二维材料和范德华异质结构中变得更加丰富，因为，除了单层结构自由度(晶型、畴变和波纹)之外，其他堆叠自由度(堆叠材料和堆叠顺序)，层之间的相对位移和取向角也起了作用。由于层间键合相互作用较弱，因此层间的能量垒通常比单层结构自由度小，所以这些堆叠自由度往往更容易操纵，因此，有利于通过外部刺激对其进行控制。多重外场(电、光、磁、热、机械或化学)、单层相变和堆叠相变之间的相互作用可以通过改变能带结构和拓扑结构、电子-声子相互作用和电子-电子相关性等，导致丰富的材料响应。

3）此外，光力学可以在堆叠二维材料的相位工程中发挥关键作用，它可以通过选择频率的光场或太赫兹光激发相干声子，从而改变层间堆叠构型。这种强非线性的光-物质相互作用，将声子-极化子驱动到非线性状态，可能导致多种非线性光学和受激发射效应，这些效应本质上是量子力学的。光力学还可能导致堆叠的2D材料的扭曲角度发生变化，这是通过直接伴随光诱导的铁弹性转变改变取向自由度，或通过机械耦合到光机械相变所引起的应变而实现的。

参考文献：

Li, W., Qian, X. & Li, J. Phase transitions in 2D materials. Nat Rev Mater (2021).

DOI: 10.1038/s41578-021-00304-0

https://doi.org/10.1038/s41578-021-00304-0