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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年06月28日 09:23:50 來源:化工儀器網(wǎng) 作者:羊舌木 點擊量:4827

科研人員通過激發(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。

  【化工儀器網(wǎng) 項目成果】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進行了深入的超快光譜研究。科研人員通過激發(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行篩選)。該研究促使思考兩個獨立機制之間的潛在關(guān)聯(lián),即何種機制導(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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