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移動端訪問更便捷超弱的電聲耦合強度可能是超高熱導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 作者:羊舌木 點擊量:4826

科研人員通過激發光生載流子,利用變溫和變能流密度實驗觀測準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,發現其數值較小,是迄今所報道的最弱的電-聲耦合強度。研究估算還發現石墨烯的電聲耦合強度也較弱。
【化工儀器網 項目成果】傳統的唯象理論認為,高晶格熱導率只存在于類似金剛石的,僅由輕元素以強共價鍵結合形成的高對稱性的簡單結構中。最新的第一性原理計算和實驗表征工作發現,未曾引起人們關注的砷化硼半導體由于其獨特的聲子散射機制,可以產生反常的超高熱導率,說明砷化硼在散熱領域擁有巨大的研究價值。與此同時,砷化硼獨特的電、光、力學性能等也為新型半導體器件的研發提供了新的思路。
眾所周知,固體材料的導熱機理主要為電子導熱和聲子導熱兩種,大多數固體屬于前者,少數屬于后者的導熱材料往往表現出超高熱導率。已有研究表明,半導體材料立方硼砷(c-BAs)的超高熱導率屬于后者,是聲子-聲子散射導熱,將其機制歸因于光學支聲子與聲學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生“拖拽”效果,導熱機理不再是純粹的聲子-聲子散射來主導了,與電子導熱的材料相比,不再具有高的導熱系數。為了使聲子-聲子導熱機理顯現出來,只有在電聲耦合強度極小的材料里才可能實現。
近段時間,中國科學院物理研究所/北京凝聚態物理國家研究中心研究員與鄭州大學、美國休斯敦大學和中科院國家納米科學中心科研人員合作,對高熱導材料c-BAs進行了深入的超快光譜研究??蒲腥藛T通過激發光生載流子,利用變溫和變能流密度實驗觀測準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,發現其數值較小,是迄今所報道的最弱的電-聲耦合強度。研究估算還發現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材料所具有的普遍共性,為未來探索及設計高熱導材料提供了新思路,即只有電聲耦合強度極弱的材料才可能表現出超高熱導率(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聯,即何種機制導致了其中之一在導熱過程中起主導作用。相關工作近期發表在Physical Review B上。
(資料來源:物理研究所)
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