【儀表網 研發快訊】近日，能源科學與工程學院易紅亮教授團隊在微納尺度聲子熱傳導研究中取得重要進展，發現了通過長程關聯無序結構促進低頻聲子局域化的新機制，相關研究成果以《通過長程關聯無序促進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)為題發表在國際期刊《美國化學學會納米》(ACS Nano)上。
聲子是熱量在半導體和絕緣體中傳輸的主要載體，其輸運特性決定了材料的熱導率。如何有效調控低頻聲子的傳熱行為，是實現高性能熱電材料與微納熱管理技術的關鍵科學問題。然而，低頻聲子具有長波長、難以被常規缺陷散射的特性，長期以來被認為難以在點缺陷系統中實現局域化。
針對這一難題，易紅亮教授團隊基于非平衡格林函數(NEGF)方法系統研究了SiGe合金納米線中具有長程關聯無序的原子分布對聲子熱輸運的影響。研究發現，當Ge原子的空間分布呈現長程相關特征時，低于2 THz的低頻聲子熱輸運受到顯著抑制，進而使得體系熱導率降低高達60%，突破了傳統瑞利散射定律(Rayleigh law)對低頻聲子散射的限制，在理論上突破性實現了點缺陷系統中低頻聲子的安德森局域化。進一步分析表明，強相關無序結構不僅使0.6-1.2 THz范圍內的聲子從擴散輸運轉變為局域態，還使0.6 THz以下的彈道聲子發生擴散轉變。這種由空間關聯性誘導的局域化現象，使納米線的熱導率隨長度增加先升高后降低，出現了明顯的峰值，這是安德森局域化的典型特征。研究指出，通過調控合金中原子分布的空間關聯性，可在低維系統中實現對聲子熱輸運的有效調控，為未來SiGe等熱電材料優化與納米熱管理提供了新的設計策略。
關聯無序誘導的低頻聲子安德森局域化
哈工大為論文第一通訊單位，能源科學與工程學院博士研究生張薇為論文第一作者，易紅亮教授、廣東工業大學熊世云教授為論文通訊作者。能源科學與工程學院郭洋裕教授參與相關研究工作。
該研究獲國家自然科學基金聯合基金重點項目、國家自然科學基金面上項目等資助。
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