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
【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。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。
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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