2022年6月3日，我院工程力学系刘泽教授课题组在固体力学权威期刊Journal of the Mechanics and Physics of Solids（JMPS）上在线发表了题为“Thermodynamic model of twisted bilayer graphene: Entropy matters”（《双层扭转石墨烯热力学模型：熵的作用》）的论文，我院博士研究生严炜东、税朗泉特聘副研究员为共同第一作者，刘泽教授为通讯作者，武汉大学为唯一署名与通讯单位。

二维层状材料（如石墨烯）具有独特的光、电、磁等特性。特别地，当简单地扭转层状材料使得其层间发生相对转动时，层状材料之间的相对滑动摩擦力几乎为零（简称“结构超滑”）；最近，研究人员发现当层间扭转角约为1.1°时还会诱导出金属态到绝缘态的转变，以及诱导出超导现象（魔角石墨烯）……这些发现迅速催生了结构超滑技术及扭转电子学等全新领域。显然，层间的相对旋转对材料组合时出现的新奇特性起着至关重要的作用，然而，目前还没有一个连续性模型能够考虑这种相对旋转的影响。基于二维层状材料在发生相对旋转时总是伴随云纹的出现，刘泽课题组通过将云纹相关的原子集体变形模式引入到经典热力学模型，建立了能够反映层间扭转效应的层状材料的热力学模型，发现并量化了扭转产生的构型熵，并提出了结构超滑运动的一种可能耗散机制。

图1（a）双层扭转石墨烯，（b）云纹图案，（c）-（d）云纹依赖的面外变形

通过简单地改变层状材料之间的的堆叠方式以显著调控其光、电、磁以及机械力学性能，这为基于数百种二维层状材料“基因库”的新材料和新器件的创造提供了无限的设计空间。该工作为扭转层状材料的设计、力学性能及界面摩擦行为等的研究提供了理论指导。