发布时间：2024-05-16

文章标题：最新Nature！实验探究非均匀应力对导热调控的新策略

内容：

纳米材料具备优异的力学特性，能够承受远超块体材料的应变，从而调节其物理/化学性能（如电子、光学、磁性、声子和催化活性）。基于力学应变工程，过去的研究优化设计了一系列前所未有的先进功能材料和器件，包括高迁移率芯片、高灵敏度光电探测器、高温超导体、和高性能太阳能电池以及电催化剂等等。尽管对基于应变调控电子输运性能和能带结构等方面进行了广泛研究，但由于单一施加应变梯度而不引入其他混淆因素（例如界面和缺陷）的困难，以及将纳米尺度热输运测量与原子尺度局域声子谱表征相结合的挑战，非均匀应变下的导热机制仍未被系统研究。这尤其令人沮丧，因为精确热管理被视为制约先进芯片和高端设备效率和寿命的关键瓶颈。

西安交通大学岳圣瀛教授与北京大学工学院杨林研究员、北京大学物理学院高鹏教授、杜进隆工程师等人合作，提出了实验探究非均匀应力对导热调控的新策略，研究团队通过在自制的悬空微器件上弯曲单个硅纳米带（SiNRs）来诱发非均匀应变场，并利用具有亚纳米分辨率的基于扫描透射电子显微镜的电子能量损失谱（STEM-EELS）技术表征局域晶格振动谱，研究结果显示，0.112％/nm应变梯度将导致热导率（κ）显著降低34±5％，这是先前文献中均匀应变下热导率调制结果的3倍以上（图1）。该成果揭示了均匀应力下不存在的，由应变梯度导致的独特声子谱扩展效应及其对导热的反常抑制现象。 相关工作以 Suppressed thermal transport in silicon nanoribbons by inhomogeneous strain   为题发表于Nature。

图1. 非均匀应力对硅纳米带导热的显著抑制现象。 (a) 实验测得的（实心符号）和理论模拟的（空心符号）结果表明，在均匀应变下，块体硅和硅纳米线的热导率基本保持不变，而弯曲硅纳米带的测量结果随着应变的增加急剧上升（半填充）。 (b) 基于悬空热桥微器件的热导率测试原理示意图。 (c) 高分辨透射电子显微镜显示弯曲硅纳米带的单晶特性。 (d) 实验测得的弯曲硅纳米带相较于无应力样品的热导率降低百分比。