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超弱的電聲耦合強度可能是超高熱導(dǎo)材料所具有的普遍共性

2022-06-28 13:55:15來源：化工儀器網(wǎng) 閱讀量：108 評論

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導(dǎo)讀：眾所周知，固體材料的導(dǎo)熱機(jī)理主要為電子導(dǎo)熱和聲子導(dǎo)熱兩種，大多數(shù)固體屬于前者，少數(shù)屬于后者的導(dǎo)熱材料往往表現(xiàn)出超高熱導(dǎo)率。

　　傳統(tǒng)的唯象理論認(rèn)為，高晶格熱導(dǎo)率只存在于類似金剛石的，僅由輕元素以強共價鍵結(jié)合形成的高對稱性的簡單結(jié)構(gòu)中。最新的第一性原理計算和實驗表征工作發(fā)現(xiàn)，未曾引起人們關(guān)注的砷化硼半導(dǎo)體由于其獨特的聲子散射機(jī)制，可以產(chǎn)生反常的超高熱導(dǎo)率，說明砷化硼在散熱領(lǐng)域擁有巨大的研究價值。與此同時，砷化硼獨特的電、光、力學(xué)性能等也為新型半導(dǎo)體器件的研發(fā)提供了新的思路。
 
　　眾所周知，固體材料的導(dǎo)熱機(jī)理主要為電子導(dǎo)熱和聲子導(dǎo)熱兩種，大多數(shù)固體屬于前者，少數(shù)屬于后者的導(dǎo)熱材料往往表現(xiàn)出超高熱導(dǎo)率。已有研究表明，半導(dǎo)體材料立方硼砷(c-BAs)的超高熱導(dǎo)率屬于后者，是聲子-聲子散射導(dǎo)熱，將其機(jī)制歸因于光學(xué)支聲子與聲學(xué)支聲子之間巨大的能量差。
 
　　如果一個材料具有較強的電聲耦合強度，在熱傳導(dǎo)的過程中聲子會被電子“粘”住，等效于包裹上許多電子從而產(chǎn)生“拖拽”效果，導(dǎo)熱機(jī)理不再是純粹的聲子-聲子散射來主導(dǎo)了，與電子導(dǎo)熱的材料相比，不再具有高的導(dǎo)熱系數(shù)。為了使聲子-聲子導(dǎo)熱機(jī)理顯現(xiàn)出來，只有在電聲耦合強度極小的材料里才可能實現(xiàn)。
 
　　近段時間，中國科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家研究中心研究員與鄭州大學(xué)、美國休斯敦大學(xué)和中科院國家納米科學(xué)中心科研人員合作，對高熱導(dǎo)材料c-BAs進(jìn)行了深入的超快光譜研究?？蒲腥藛T通過激發(fā)光生載流子，利用變溫和變能流密度實驗觀測準(zhǔn)粒子弛豫過程中電子-聲子相互作用，獲得了c-BAs的電-聲子耦合強度，發(fā)現(xiàn)其數(shù)值較小，是迄今所報道的最弱的電-聲耦合強度。研究估算還發(fā)現(xiàn)石墨烯的電聲耦合強度也較弱。
 
　　由此研究可以推斷，超弱的電聲耦合強度可能是超高熱導(dǎo)材料所具有的普遍共性，為未來探索及設(shè)計高熱導(dǎo)材料提供了新思路，即只有電聲耦合強度極弱的材料才可能表現(xiàn)出超高熱導(dǎo)率(采用超快光譜或拉曼光譜等實驗手段可以進(jìn)行篩選)。該研究促使思考兩個獨立機(jī)制之間的潛在關(guān)聯(lián)，即何種機(jī)制導(dǎo)致了其中之一在導(dǎo)熱過程中起主導(dǎo)作用。相關(guān)工作近期發(fā)表在Physical Review B上。
 

 

　　(資料來源：物理研究所)
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