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[转载]FOP | 前沿研究:吉林大学材料科学与工程学院张立军团队 _ 二维层状材料中的各向异性声子热输运

已有 1588 次阅读 2023-5-6 10:21 |系统分类:科研笔记|文章来源:转载

RESEARCH ARTICLE

Yuxin Cai, Muhammad Faizan, Huimin Mu, Yilin Zhang, Hongshuai Zou, Hong Jian Zhao, Yuhao Fu, and Lijun Zhang, Anisotropic phonon thermal transport in two-dimensional layered materialsFrontiers of Physics 18(4), 43303 (2023)

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https://journal.hep.com.cn/fop/EN/pdf/10.1007/s11467-023-1276-4
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随着高性能微纳电子器件功率密度的快速提升,开发高效热管理技术,实现热量的快速定向传导变得尤为迫切。二维层状材料(Two-dimensional layered materials, 2DLMs)具有典型的各向异性晶体结构和成键模式,面内/面外热输运性质的差异性显著,是探索热量在低维系统中定向传输规律的理想平台。目前,对于层状材料各向异性热输运性质的研究往往集中在单一材料的输运机理,缺乏对2DLMs各向异性热输运来源的系统研究,即不同结构单元及层间耦合对热输运各向异性的影响机制。尽管2DLMs具有显著的各向异性热传导,但是如何设计、优化2DLMs热传导的各向异性比,仍缺乏理论指导,2DLMs在热量定向传输方面的潜力没有得到很好的开发。


基于以上关键科学问题,吉林大学材料科学与工程学院张立军教授团队以Anisotropic phonon thermal transport in two-dimensional layered materials为题在Frontiers of Physics期刊发表论文采用第一性原理晶格动力学计算,结合声子玻耳兹曼输运方程,探索了3种不同结构单元的层状材料(InSeMoS2h-BN)的热输运性质。研究发现,在面内和面外方向上,这些层状结构的晶格热导率(κl)存在显著差异,呈现出宽泛的各向异性比(9.4-107.7,如图1)。基于声子输运理论,层状材料的各向异性热输运主要来自两个主要方面:一方面,这些层状结构的κl主要受到声子频率、声子群速度和原子质量的控制;另一方面,声子群速度是主导这些结构具有不同各向异性热输运比的主要原因。


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      层状InSeMoS2h-BN的晶格热导率各向异性比.


该研究结果揭示了2DLMs中各向异性热输运的物理来源,可用于定制2DLMs中的各向异性κl,为实验合成高各向异性热传导材料提供理论指导,实现2DLMs在热量定向管理中的应用。


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付钰豪,吉林大学物理学院副教授。长期从事功能半导体材料模拟/设计研究以及相关算法开发工作,与合作者共同发展了代码开源、具有自主知识产权的材料设计新方法与软件JAMIPhttp://www.jamip-code.com),聚焦半导体功能材料微观输运机理研究,作为第一/共一/通讯作者,在Phys. Rev. Lett.Nat. Commun.Phys. Rev. B等期刊发表论文15篇,论文共被引用2500余次,H因子17


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张立军,吉林大学唐敖庆学者卓越教授,材料科学与工程学院院长。长期从事材料计算模拟与新材料设计研究工作,基于高通量材料计算与人工智能机器学习算法结合的思路,发展了代码开源、具有自主知识产权的材料设计新方法与软件JAMIPhttp://www.jamip-code.com),聚焦半导体光电材料,开展新材料设计与光电性能调控研究,多个从理论上设计的新材料与新性能调控策略得到实验证实,取得了对半导体光电材料与器件领域有指引作用的创新成果。


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