【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，能源科學(xué)與工程學(xué)院易紅亮教授團(tuán)隊(duì)在微納尺度聲子熱傳導(dǎo)研究中取得重要進(jìn)展，發(fā)現(xiàn)了通過長程關(guān)聯(lián)無序結(jié)構(gòu)促進(jìn)低頻聲子局域化的新機(jī)制，相關(guān)研究成果以《通過長程關(guān)聯(lián)無序促進(jìn)SiGe合金納米線中低頻聲子的安德森局域化》(Promoting Anderson Localization for Low-Frequency Phonons in SiGe Alloyed Nanowires with Long-Range Correlated Disorder)為題發(fā)表在國際期刊《美國化學(xué)學(xué)會(huì)納米》(ACS Nano)上。
 

　　聲子是熱量在半導(dǎo)體和絕緣體中傳輸?shù)闹饕d體，其輸運(yùn)特性決定了材料的熱導(dǎo)率。如何有效調(diào)控低頻聲子的傳熱行為，是實(shí)現(xiàn)高性能熱電材料與微納熱管理技術(shù)的關(guān)鍵科學(xué)問題。然而，低頻聲子具有長波長、難以被常規(guī)缺陷散射的特性，長期以來被認(rèn)為難以在點(diǎn)缺陷系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)局域化。
 

　　針對這一難題，易紅亮教授團(tuán)隊(duì)基于非平衡格林函數(shù)(NEGF)方法系統(tǒng)研究了SiGe合金納米線中具有長程關(guān)聯(lián)無序的原子分布對聲子熱輸運(yùn)的影響。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)Ge原子的空間分布呈現(xiàn)長程相關(guān)特征時(shí)，低于2 THz的低頻聲子熱輸運(yùn)受到顯著抑制，進(jìn)而使得體系熱導(dǎo)率降低高達(dá)60%，突破了傳統(tǒng)瑞利散射定律(Rayleigh law)對低頻聲子散射的限制，在理論上突破性實(shí)現(xiàn)了點(diǎn)缺陷系統(tǒng)中低頻聲子的安德森局域化。進(jìn)一步分析表明，強(qiáng)相關(guān)無序結(jié)構(gòu)不僅使0.6-1.2 THz范圍內(nèi)的聲子從擴(kuò)散輸運(yùn)轉(zhuǎn)變?yōu)榫钟驊B(tài)，還使0.6 THz以下的彈道聲子發(fā)生擴(kuò)散轉(zhuǎn)變。這種由空間關(guān)聯(lián)性誘導(dǎo)的局域化現(xiàn)象，使納米線的熱導(dǎo)率隨長度增加先升高后降低，出現(xiàn)了明顯的峰值，這是安德森局域化的典型特征。研究指出，通過調(diào)控合金中原子分布的空間關(guān)聯(lián)性，可在低維系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)對聲子熱輸運(yùn)的有效調(diào)控，為未來SiGe等熱電材料優(yōu)化與納米熱管理提供了新的設(shè)計(jì)策略。
 

關(guān)聯(lián)無序誘導(dǎo)的低頻聲子安德森局域化
 

　　哈工大為論文第一通訊單位，能源科學(xué)與工程學(xué)院博士研究生張薇為論文第一作者，易紅亮教授、廣東工業(yè)大學(xué)熊世云教授為論文通訊作者。能源科學(xué)與工程學(xué)院郭洋裕教授參與相關(guān)研究工作。
 

　　該研究獲國家自然科學(xué)基金聯(lián)合基金重點(diǎn)項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目等資助。