超弱的电声耦合强度可能是超高热导材料所具有的普遍共性

　　传统的唯象理论认为，高晶格热导率只存在于类似金刚石的，仅由轻元素以强共价键结合形成的高对称性的简单结构中。最新的第一性原理计算和实验表征工作发现，未曾引起人们关注的砷化硼半导体由于其独特的声子散射机制，可以产生反常的超高热导率，说明砷化硼在散热领域拥有巨大的研究价值。与此同时，砷化硼独特的电、光、力学性能等也为新型半导体器件的研发提供了新的思路。
 

　　众所周知，固体材料的导热机理主要为电子导热和声子导热两种，大多数固体属于前者，少数属于后者的导热材料往往表现出超高热导率。已有研究表明，半导体材料立方硼砷(c-BAs)的超高热导率属于后者，是声子-声子散射导热，将其机制归因于光学支声子与声学支声子之间巨大的能量差。
 

　　如果一个材料具有较强的电声耦合强度，在热传导的过程中声子会被电子“粘”住，等效于包裹上许多电子从而产生“拖拽”效果，导热机理不再是纯粹的声子-声子散射来主导了，与电子导热的材料相比，不再具有高的导热系数。为了使声子-声子导热机理显现出来，只有在电声耦合强度极小的材料里才可能实现。
 

　　近段时间，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心研究员与郑州大学、美国休斯敦大学和中科院国家纳米科学中心科研人员合作，对高热导材料c-BAs进行了深入的超快光谱研究。科研人员通过激发光生载流子，利用变温和变能流密度实验观测准粒子弛豫过程中电子-声子相互作用，获得了c-BAs的电-声子耦合强度，发现其数值较小，是迄今所报道的最弱的电-声耦合强度。研究估算还发现石墨烯的电声耦合强度也较弱。
 

　　由此研究可以推断，超弱的电声耦合强度可能是超高热导材料所具有的普遍共性，为未来探索及设计高热导材料提供了新思路，即只有电声耦合强度极弱的材料才可能表现出超高热导率(采用超快光谱或拉曼光谱等实验手段可以进行筛选)。该研究促使思考两个独立机制之间的潜在关联，即何种机制导致了其中之一在导热过程中起主导作用。相关工作近期发表在Physical Review B上。
 

　　(资料来源：物理研究所)