Accelerated Discovery of Crystalline Materials with Record Ultralow Lattice Thermal Conductivity via a Universal Descriptor
Northwestern Polytechnical University（西北工业大学）；CRISMAT, CNRS, Normandie Univ, ENSICAEN, UNICAEN（诺曼底大学，卡昂国立高等工程学院，法国国家科学研究中心材料研究化学实验室）；Thayer School of Engineering, Dartmouth College（达特茅斯学院塔克工程学院）；Institute Laue Langevin（朗之万研究所）；FZU - Institute of Physics of the Czech Academy of Sciences（捷克科学院物理研究所）；ShanghaiTech Laboratory for Topological Physics & School of Physical Science and Technology, ShanghaiTech University（上海科技大学物理科学与技术学院拓扑物理实验室）；Université de Lorraine, CNRS, IJL（洛林大学，法国国家科学研究中心，界面与层析实验室）
通过通用描述符和高通量筛选发现具有极低热导率的晶体材料，结合实验验证其极低热导率的成因
2025-11-27 cond-mat.mtrl-sci
Thermal conductivity of amorphous and crystalline GeTe thin film at high temperature: Experimental and theoretical study
热输运性质在影响相变存储器（PCM）器件的性能方面具有关键作用，其中PCM操作涉及非晶相和晶相之间的快速且可逆的相变。在本文中，我们提出了一个系统的实验和理论研究的热传导性的GeTe在高温下，涉及快速变化，从非晶相的结晶相加热。采用调制光热辐射法（MPTR）对GeTe非晶相和晶相的高温热导率进行了实验测定。热边界电阻准确地考虑到实验的考虑。为了具体了解基本的物理机制，进行了严格而深入的理论练习。为此，第一性原理密度泛函方法和线性化玻尔兹曼输运方程（LBTE）采用直接和弛豫时间为基础的方法（RTA），并与现象学松弛模型。非晶相的实验数据已被描述使用的最小热导率模型具有足够的精度。理论估计涉及直接解决方案和RTA方法被发现，以及恢复的结晶GeTe在高温下的实验热导率的趋势，尽管略有高估和低估，分别与实验数据相比。空缺的贡献的粗略估计已被发现，以这样一种方式修改的直接解决方案，它与实验非常一致。Umklapp散射已被确定为显着的声子-声子散射过程。确定了GeTe在整个温度范围内的Umklapp散射参数，该参数可以唯一地确定和比较不同材料的Umklapp散射过程
2020-06-04 cond-mat.mtrl-sci
Polarization-dependent photocurrent in a quadrilateral-shaped bulk crystalline tellurium chip with near-infrared light excitation
Institute of Science Tokyo（东京科学大学）；Institute for Molecular Science（分子科学研究所）
研究通过近红外光激发四边形Te晶体，发现偏振依赖的光电流及圆偏振光电效应，揭示体态Te中带间激发的光电导特性可能优于带内激发。
2025-11-23 cond-mat.mtrl-sci
Grain boundary and defects assisted thermal conductivity of nano-crystalline Gd2Ti2O7 Pyrochlore
研究烧绿石结构陶瓷的热导率对烧绿石结构陶瓷作为惰性基质燃料、氧化物燃料电池电解质和热障涂层的应用具有重要意义。采用放电等离子烧结结合高能球磨的方法制备了纳米晶Gd 2 Ti 2 O 7，研究了孔隙率、结构缺陷和晶界散射对材料热性能的影响。热导率已被测量的温度范围从室温到900 ℃，使用激光闪光装置（LFA），并讨论了结果，包括几个现象，有助于在nc-烧绿石的热传输的散射机制的支持。随着晶粒尺寸的减小，热导率的系统性降低可以通过声子-孔隙散射现象来理解。此外，还观察到随着温度的升高，边界散射对热传输的主导作用。实验确定的热导率值与热障涂层（TBC）应用的隔热要求相一致
2022-10-30 cond-mat.mtrl-sci
First principles investigation of thermal conductivity in Magnesium Selenide(MgSe) with different crystalline phase
硒化镁（MgSe）是一种宽带隙半导体材料，在光电子和能量转换技术中有着广泛的应用。了解MgSe的热导率（k）对于这些应用中热传输的优化设计至关重要。在这项工作中，我们报告的温度和长度依赖的晶格热导率的硒化镁（MgSe）与不同的结晶相，锌，岩盐，纤锌矿和镍砷，使用第一性原理计算。计算结果表明，不同相的MgSe的热导率（k）存在显著差异。观察到的热导率趋势为：kNiAs <k岩盐< kwurtzite <kzincitte。我们的第一性原理计算表明NiAs相的室温低k值为4.5 W/mK-1，纤锌矿相的室温高k值为20.4 W/mK。这些差异解释的声子带隙的振动光谱中的氧化锌和纤锌矿相，抑制散射的声学声子，导致高的声子寿命。
2021-01-29 cond-mat.mtrl-sci
Interface Doping Mechanism of p-Type Conductivity in Mist-CVD-Grown LiGa5O8 Thin Films
The Ohio State University（俄亥俄州立大学）；Case Western Reserve University（凯斯西储大学）
该研究通过对比mist-CVD生长的导电与绝缘LiGa5O8薄膜，发现缺锂及β-Ga2O3次生相形成是p型导电的关键，提出界面电荷转移机制。
2026-10-08 cond-mat.mtrl-sci
Estimates of crystalline LiF thermal conductivity at high temperature and pressure by a Green-Kubo method
由于LiF独特的光学性质，它经常被用作高温和高压实验中的观测窗口;因此，对其传输特性的估计对于解释观测是必要的。由于在适当的条件下直接测量LiF的热导率是困难的，我们诉诸分子模拟方法。利用Belonoshko等人（2000）的经验势和从头算声子态密度，用Green-Kubo方法计算了LiF在高温（1000- 4000 K）和高压（100-400 GPa）下的热导率。我们还比较这些估计直接从从头算数据。为了确定正确的相位LiF在这些极端条件下，我们计算（相对）相稳定性的B1和B2结构使用准谐波从头算模型的自由能。我们还估计LiF在单轴加载状态下的热导率，该状态模拟了高应力斜坡加载实验中压缩的初始阶段，并显示了由于变形引起的电导率的各向异性程度。
2016-04-13 cond-mat.mtrl-sci
Thermal Conductivity Modeling using Machine Learning Potentials: Application to Crystalline and Amorphous Silicon
使用密度泛函理论和玻尔兹曼输运方程对声子动力学和输运的基于第一性原理的建模已被证明在预测晶体材料的热导率方面是强大的，但是由于捕获无序结构的计算成本过高，特别是当准粒子“声子”模型崩溃时，其对于建模复杂晶体和无序固体仍然是不可行的。最近，机器学习回归算法显示出很大的希望，为原子建模的长度和时间尺度远远超出那些可实现的第一性原理计算的高精度的势场。在这项工作中，以晶体硅和非晶硅为例，我们开发了基于机器学习的势场来预测热导率。基于机器学习的原子间相互作用势是通过对构型空间中的势能面进行随机采样而从密度泛函理论计算导出的。然后用平衡分子动力学计算了非晶硅和晶体硅的热导率，与实验测量结果吻合得很好。这项工作记录了训练基于机器学习的势用于建模热导率的过程，并表明基于机器学习的势可以是一种很有前途的工具，用于建模具有强无序的结晶和非晶材料的热导率。
2019-07-22 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Thermal Conductivity and Temperature-Induced Band Gap Renormalization in Crystalline and Amorphous Ga$_2$O$_3$
Skolkovo Institute of Science and Technology（斯科尔科沃科学技术研究所）；Institute of Nuclear and New Energy Technology, Tsinghua University（清华大学核能与新能源技术研究院）；Digital Materials LLC（数字材料有限责任公司）；Moscow Engineering Physics Institute（莫斯科工程物理学院）
结合机器学习势与第一性原理计算，研究了晶态与非晶态Ga₂O₃的晶格热导率和电子-声子相互作用，发现晶态β-Ga₂O₃在700 K时带隙重整化约0.45 eV，非晶态热导率比晶态低一个数量级。
2026-10-19 cond-mat.mtrl-sci
High-throughput computational discovery of 40 ultralow thermal conductivity and 20 highly anisotropic crystalline materials
我们进行了从头算驱动的密度泛函理论为基础的高通量计算，寻找具有低热导率和高热输运各向异性的材料。我们从材料项目中筛选了429种稳定的三元半导体，并通过求解225种材料的玻尔兹曼输运方程获得了声子热导率。我们发现SbRbK 2和40材料的热导率最低为0.16W/m-K，在300 K时热导率低于1 W/m-K。对于各向异性热输运，我们已经确定了6种材料的各向异性大于5和20热输运各向异性高于最大的文献报道的值。
2022-04-09 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Ab initio calculations of the atomic and electronic structures of crystalline PEO3:LiCF3SO3 electrolytes
PEO 3：LiCF 3SO 3聚合物电解质由于其在高电导率聚合物电池的锂/聚合物界面处的增强的稳定性而吸引了重要的研究。实验研究表明，根据制备条件，可以形成PEO 3：LiCF 3SO 3结晶复合物和PEO 3：LiCF 3SO 3非晶相。然而，以前的理论研究主要集中在短链无定形PEO 3：LiCF 3SO 3系统。我们报告从头计算密度泛函理论计算的结晶PEO 3：LiCF 3SO 3。计算结果与实验测量结果吻合较好。
2015-10-20 cond-mat.mtrl-sci
Plastic-crystalline solid-state electrolytes: Ionic conductivity and orientational dynamics in nitrile mixtures
许多塑料晶体，分子固体与长程，质心晶体秩序，但动态无序的分子取向，是已知的表现出异常高的离子电导率。这使得它们成为固态电解质应用的有希望的候选者，例如，电池。有趣的是，发现两种不同的塑性结晶材料的混合可以显著提高离子直流电导率，这是电化学应用的重要基准量。一个例子是不同腈与丁二腈的混合物，后者是最突出的塑性结晶离子导体之一。然而，到目前为止，只有少数这样的混合物进行了研究。在目前的工作中，我们研究丁二腈与丙二腈，己二腈，庚二腈，其中1摩尔%的锂离子添加。利用差示扫描量热法和介电谱，我们研究这些系统的相行为和偶极和离子动力学。我们特别解决的混合诱导的离子电导率的增强和耦合的平移离子迁移率的分子重新取向的动力学，可能通过一个“旋转门”的机制。
2019-06-27 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Efficient Cross-layer Thermal Transport with Atypical Glassy-like Phenomena in Crystalline CsCu$_4$Se$_3$
本研究通过第一性原理非谐晶格动力学与统一热输运理论，发现晶体CsCu$_4$Se$_3$中相干驱动的热导率主导z轴总热导率，导致宽温度范围玻璃态热输运，并揭示了跨层高效热输运的微观机制。
2024-11-15 cond-mat.mtrl-sci
Conductivity crossover in nano-crystalline diamond films: Realization of a disordered superlattice-like structure
我们提出了一批不同氮浓度的纳米金刚石薄膜的电输运特性，并解释了半导体异质结构的无序准超晶格模型的导电机制。合成的热灯丝化学气相沉积技术，在薄膜中的结构无序的程度，从拉曼光谱证实，被发现是可控的，导致在过渡的导电机制从本地化和激活的金属导电制度。因此，通过在低温下的高场磁阻测量，我们牢固地建立了从跳跃到3D弱局部化的电导率交叉。长的电子退相时间和其弱的温度依赖性表明金刚石基高速器件应用的可能性。
2012-07-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Morphology and magneto-transport in exfoliated graphene on ultrathin crystalline \b{eta}-Si3N4(0001)/Si(111)
我们首次报道了石墨烯在\b{eta} -Si_3 N_4（0001）/Si（111）上的转移实验研究。我们的工作提供了一个全面的定量理解的物理学的Si 3 N4作为栅极电介质的石墨烯为基础的设备。在超高真空（UHV）条件下，在Si（111）衬底上生长了Si 3 N4薄膜，并用扫描隧道显微镜（STM）对其进行了研究。随后，通过基于聚合物的转移技术将石墨烯薄片沉积在其顶部上，并且由石墨烯薄片制造霍尔条器件。在器件制造之后，再次采用STM来研究在UHV条件下的石墨烯薄片，并且显示表面质量被保持。在低温下在磁场中进行的电输运测量揭示了石墨烯通道中载流子类型和密度的背栅调制，并显示了弱局部化的发生。在这些实验条件下，没有检测到背栅和石墨烯沟道之间的漏电流。
2020-04-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Phonon Lifetimes and Thermal Conductivity of the Molecular Crystal $α$-RDX
采用三种基于声子的导热模型对有机分子晶体$α$ -RDX的传热性能进行了研究。研究发现，广泛使用的Peierls-Boltzmann模型在结晶材料中的热输运打破了$α$ -RDX。我们表明，这种故障是由于一个很大程度的非谐性，导致扩散类载流子的主导地位。尽管是针对无序系统发展的，但艾伦-费尔德曼导热理论实际上给出了热输运的最佳描述。这可能是因为扩散载体贡献了$α$ -RDX中超过95%的热导率。扩散载流子的优势大于以前在其他完全有序的晶体系统中观察到的。这些结果表明，范德华键合的有机结晶固体以比简单原子晶体更类似于无定形材料的方式导热。
2019-05-09 cond-mat.mtrl-sci
Temperature-invariant heat conductivity from compensating crystalline and glassy transport: from the Steinbach meteorite to furnace bricks
研究结合第一性原理与热反射实验，发现晶体传播与玻璃态隧穿在鳞石英中可相互补偿，形成温度不变的 PTI 热导率，并揭示其在陨石与工业耐火砖中的意义。
2024-05-21 cond-mat.mtrl-sci
Glasslike vs. crystalline thermal conductivity in carrier-tuned Ba8Ga16X30 clathrates (X = Ge, Sn)
通过对Ba_8Ga_（16）X_（30）（X = Ge，Sn）包合物的单晶X射线衍射、热导率k（T）和比热Cp（T）的研究，解决了目前在某些晶体材料中观察到的类玻璃热导率起源的争论。这些晶体显示出完全不同的低温k（T）行为，这取决于它们的载流子是电子还是空穴，在前一种情况下显示出通常的结晶峰，而在后一种情况下显示出异常的玻璃状平台。相比之下，Cp（T）高于4 K和一般的结构性质基本上是不敏感的载波调谐。我们分析了这些综合结果的框架内的隧道/共振/瑞利散射模型，并得出结论，从晶体到类玻璃k（T）的演变是伴随着增加的有效密度的隧道态和共振散射水平，而这些贡献都不能单独占观察到的变化在整个温度范围内。这表明，决定结晶或玻璃状行为的最相关因素是客体振动模式和具有不同载流子的骨架之间的耦合强度。
2006-06-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Magnon-mediated perpendicular magnetization switching by topological crystalline insulator SnTe with high spin Hall conductivity
本研究在室温下利用拓扑晶体绝缘体SnTe的高自旋霍尔电导率产生磁振子流，穿过NiO层对CoFeB施加磁振子力矩，实现垂直磁化低功耗翻转，功耗较Bi2Te3对照样品降低22倍。
2025-01-27 cond-mat.mtrl-sci
Origin of Glass-like Thermal Conductivity in Crystalline TlAgTe
本研究通过第一性原理计算结合非谐晶格动力学统一框架，揭示了晶体TlAgTe类玻璃低热导率源于Tl局域振动增强四声子散射抑制类粒子热输运，且强非谐性引发高频声子类波隧穿贡献相干热输运，为可调热导率材料设计提供依据。
2025-09-02 cond-mat.mtrl-sci
Selective Direct Bonding of High Thermal Conductivity 3C-SiC Film to \b{eta}-Ga2O3 for Top-Side Heat Extraction
β-Ga 2 O3是一种宽带隙半导体，其电学性能优于SiC和GAN，这使得它在下一代功率器件中的应用前景广阔。然而，\b{eta} -Ga 2 O3的热导率比SiC和GAN的热导率低一个数量级以上，导致严重的热管理问题，限制了器件性能和可靠性。本文报道了利用表面活化键合（SAB）技术在室温下将生长在Si上的高热导率3C-SiC薄膜选择性地转移到β-Ga_2 O_3（001）衬底上，试图从器件表面提取热量。在接合状态的3C-SiC/β-Ga 2 O 3界面形成4.5 nm厚的界面晶体缺陷层。界面晶体缺陷层的厚度随退火温度的升高而减小，在1000 ℃退火后，界面缺陷层的厚度仅为1.5 nm。即使在高达1000 ℃的温度下退火后，在界面处也没有观察到空隙和未结合区域。采用时域热反射法（TDTR）测量了3C-SiC/beta-Ga_2 O_3界面的热边界电导（TBC）和beta-Ga_2 O_3衬底的热导率。3C-SiC/β-Ga 2 O3 TBC值被确定为244 MW/m2-K，这是有史以来报道的SiC/Ga 2 O3界面的最高值，这是由于高质量的异质界面。我们的工作表明，选择性地将3C-SiC薄膜转移到β-Ga_2 O_3衬底上是改善\b{eta} -Ga_2 O_3功率器件散热的有效途径。
2022-09-13 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Thermoelectric effects in topological crystalline insulators
我们研究了在短程和长程杂质相互作用下拓扑晶体绝缘体的电导率和热电效应。我们采用广义玻尔兹曼形式的各向异性费米表面系统。由于表面态能带结构鞍点处的范霍夫奇异性，电导率随掺杂浓度的变化呈现局部极小值。在高能量狄拉克点处的载流子的带间散射的抑制导致电导率的最大值。当费米能级通过电导率的极值时，塞贝克系数改变符号。此外，它揭示了深刻的热电效应，可以达到这些极值点附近。
2016-11-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electric-Field-Dependent Thermal Conductivity in Fresh and Aged Bulk Single Crystalline $\mathrm{BaTiO_3}$
University of California, Santa Barbara（加州大学圣塔芭芭拉分校）；The Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）；Arkema Inc.（阿科玛公司）
本研究针对块体单晶铁电材料电热调控研究不足的问题，以新鲜和老化块状单晶BaTiO₃为对象，结合实验与第一性原理计算，揭示畴演化、老化及缺陷-畴相互作用对热导率的调控机制，为铁电热开关设计提供新依据。
2025-11-18 cond-mat.mtrl-sci
Lattice thermal conductivity decomposition: Peierls vs. non-Peierls contributions
University of Missouri（密苏里大学）
本文比较了经典晶格热导率的格林-库波方法与二次热流分量及常用佩尔尔斯热流的计算结果，并评估了弛豫时间近似下的热导率。研究了三种晶体系统：固态氩、交替质量模型的固态氩和α-石英。所有材料的热导率计算结果在二次和佩尔尔斯热流下仅略有差异。在α-石英中，光学声子对热导率的贡献超过了声学模式。弛豫时间近似在所有三种系统中系统性地低估了热导率。
2026-05-19 cond-mat.mtrl-sci
Variation of ionic conductivity in a plastic-crystalline mixture
离子导电塑料晶体是能量存储设备中固态电解质的可能候选者。有趣的是，大分子与最突出的分子PC电解质琥珀腈的混合物显示出极大地增强其离子电导率。因此，二元混合物似乎是一种很有前途的方式来调整这种固态电解质的导电性。然而，为了阐明塑料晶体中离子电荷传输的一般机制和混合的影响，需要更广泛的数据库。在目前的工作中，我们调查的两个众所周知的塑料结晶系统，环己醇和环辛醇，其中1摩尔%的锂离子添加的混合物。应用差示扫描量热法和介电谱，我们提出了一个彻底的调查相行为和离子和偶极动力学的这个系统。所有的混合物揭示塑性结晶相与相应的取向玻璃化转变。此外，它们的导电性似乎是由“旋转门”机制，这意味着周围的塑料结晶基质的离子平移和分子重取向动力学之间的密切耦合。与基于丁二腈的混合物相反，这种耦合随混合比没有强烈的变化。
2017-09-21 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Thermal conductivity of crystalline AlN and the influence of atomic-scale defects
氮化铝（AlN）在现代电力电子和深紫外光子学中起着关键作用，了解其热性能至关重要。在这里，我们通过3 $ω$方法测量结晶AlN的热导率，发现它的范围从100 K时的674 ${\pm}$ 56 W/m/K到400 K时的186 ${\pm}$ 7 W/m/K，在室温下的值为237 ${\pm}$ 6 W/m/K。我们将这些数据与分析模型和第一性原理计算进行比较，同时考虑到原子级缺陷（O，Si，C杂质和Al空位）。我们发现，铝空位发挥最大的作用，在降低热导率，因为最大的质量差散射。模拟还表明，10%的热传导是由声子与长的平均自由程，超过~7 $μ$ m在室温下，和50%的声子与MFP超过~0.3 $μ$ m。因此，由于声子边界散射，AlN的有效热导率在亚微米薄膜或器件中强烈降低。
2019-12-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Conductivity enhancement in plastic-crystalline solid-state electrolytes
寻找新的离子导体，使储能设备的发展取得重大进展，是当前材料科学的一个具有挑战性的目标。除了离子液体或无定形离子导体等材料类别之外，所谓的塑性晶体（PC）已被证明是结合高导电性和有利的机械性能的良好候选者。PC由分子形成，其取向自由度仍然波动，尽管材料表现出明确的晶格。在这里，我们表明，在丁二腈，最突出的分子PC电解质中的Li+离子的导电性，可以提高几十年时，取代晶格中的部分分子由较大的。介电谱表明，这是伴随着一个更强的耦合的离子和reorientational运动。这些发现可以从优化的“旋转门”机制的角度来理解，为开发更好的固态电解质开辟了一条新的道路。
2015-06-19 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Wide range temperature-dependent (80-630 K) study of Hall effect and the Seebeck coefficient of \b{eta}-Ga2O3 single crystals
研究超宽带隙材料的Seebeck系数是一个挑战，但它对于理解电和热传导的基本输运机制是必不可少的。\b{eta} -Ga 2 O 3是高功率光电应用的战略材料。本文报道了Sn掺杂\b{eta} -Ga_2 O_3单晶在宽温度范围（80-630 K）内的塞贝克系数测量。在整个温度范围内的大幅度和负符号的非单调趋势表明电子是主要的载流子。结构和拉曼表征证实了单相和存在的低，中，高频声子模式，分别。作为补充研究，进行了温度相关（90-350 K）霍尔效应测量。霍耳迁移率在T小于135 K时为T1.12，T大于220 K时为T-0.70。从Seebeck系数和电导率分析的激活能显示，由于杂质缺陷的带间传导的存在。室温下的Seebeck系数、功率因数和热导率分别为68.57 microV/K、0.15 microW/K ~ 2cm和14.2W/mK。发现\b{eta} -Ga 2 O 3的品质因数的值为约x。0.01（300 K）。
2020-08-13 cond-mat.mtrl-sci
The Origin of the Glass-like Thermal Conductivity in Crystalline Metal-Organic Frameworks
教科书上认为声子，即，传播晶格波的能量量子是理想晶体中的主要热载体。因此，在许多晶体中，例如，体硅的热导率随温度的变化表现出经典的1/T关系，这是由于系统中占主导地位的Umklapp声子-声子散射。然而，许多结晶金属有机骨架的热导率非常低，并且显示出无、弱负甚至弱正的温度依赖性（玻璃状热导率）。在金属有机框架中，热输运是否仍可用声子来描述一直存在争议。本文通过对两种典型系统的研究，晶体沸石咪唑骨架-4（cZIF-4）和晶体沸石咪唑骨架-62（c-ZIF 62）的研究结果表明，金属-有机骨架材料中超低热导率是由于Zn和N原子之间的大质量差和大空穴引起的强声子本征结构散射所致。我们的平均自由程谱分析表明，传播和非传播的非谐振动模式存在于系统中，并作出了很大的贡献的热导率。相应的弱负或正的热导率的温度依赖性是源于传播和非传播的非谐振动模式之间的竞争。我们的研究提供了对金属有机框架中热传输的基本理解，并将指导使用金属有机框架的热相关应用的设计，例如，可燃气体储存、化学催化、太阳能热转化等。
2020-09-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultralow thermal conductivity from transverse acoustic phonon suppression in distorted crystalline α-MgAgSb
低热导率有利于保持热电材料两端之间的温度梯度，以确保连续的电子电流产生。在高性能热电材料中，存在两种主要的低热导率机制：PbTe和SnSe中的声子非谐性和AgCrSe 2和CuCrSe 2中的动力学无序导致的声子散射，这已被非弹性中子散射成功地揭示。利用中子散射和从头计算方法，本文报道了α-MgAgSb中声子非谐诱导的超低晶格热导率与静态局域结构畸变的结合机制。由于横向声学声子几乎完全被化合物的内在扭曲岩盐亚晶格散射，热主要由纵向声学声子传输。α-MgAgSb超低的热导率是由于其结构畸变改变了原子动力学，这为提高类似热电材料的性能提供了一种可能的微观途径。
2020-01-20 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Heat transport in crystalline organic semiconductors: coexistence of phonon propagation and tunneling
针对有机半导体热传输实验与传统Peierls-Boltzmann框架预测不符的问题，本研究通过Wigner输运方程引入声子隧穿机制，解决矛盾并定量解释实验，揭示其随温度和分子长度的变化规律及异常热导率现象。
2024-12-06 cond-mat.mtrl-sci
Symmetry properties of attosecond transient absorption spectroscopy in crystalline dielectrics
本文从理论上研究了在强抽运场和阿秒探测场的抽运-探测测量中，晶体对称性与晶体光学性质的瞬态调制之间的关系。当泵浦光的能量远低于带隙能量时，电导率的调制是由带内电子运动引起的，即动态Franz-Keldysh效应。利用Houston函数解析地研究了调制电导率的对称性，并推导出了一个将吸收中的时间振荡与调制电导率的变换特性联系起来的公式。为了验证公式的正确性，我们以4 H-SiC晶体为例，基于含时密度泛函理论，对泵浦探测过程进行了实时第一性原理计算.
2020-02-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Engineering the thermal conductivity along an individual silicon nanowire by selective helium ion irradiation
设计材料导热性的能力使我们能够控制热量的流动，并获得新的功能，如热整流，热开关和热隐身。虽然这可以通过在体积尺度上使用复合材料和超材料来实现，但在微米和纳米尺度上设计热导率更具挑战性。在这项工作中，我们表明，沿着一个单一的硅纳米线的局部热导率可以调整到一个理想的值（结晶和非晶极限之间），通过选择性的氦离子辐照具有良好的控制剂量的高空间分辨率。通过分子动力学模拟和定量声子-缺陷散射率分析来理解基本机制，其中热导率随剂量的行为归因于散射中心在较低剂量下的积累和聚集。超过阈值剂量，观察到晶体-非晶转变。
2017-05-19 cond-mat.mtrl-sci
Revisiting Effects of Nitrogen Incorporation and Graphitization on Conductivity of Ultra-nano-crystalline Diamond Films
系统研究了在H $_\text{2}$ /CH $_\text{4}$ /N $_\text{2}$等离子体中生长的超纳米金刚石（UNCD）薄膜的结构和电学性质随沉积温度（$T_d$）和氮含量（$\%$ N $_2$）的变化，以全面评估它们对电导率的影响。从1000至1300 K扫描$T_d$，以获得固定在0、5、10和20 $\%$的N $_2$。发现即使在不含氮气的合成气混合物中生长的膜也可以制成与1 $-$ 10 $^{-2}$ $Ω$ cm一样导电，其中通过改变生长参数，所有膜的总电阻率被调谐超过4个数量级。在一组27个样品上，拉曼光谱和扫描电子显微镜显示出随着沉积温度的升高，从超纳米晶金刚石到纳米晶石墨的渐进的和高度可重复的膜材料相变。这种转化的速率在很大程度上取决于N $_2$含量。氮的添加大大增加了膜中$sp^2$键合碳的量，从而增强了具有高电子态密度的GB网络中的物理连接性。然而，氮气的加入大大减缓了GB中$sp^2$相的结晶。因此，在（N）UNCD导电性工程中，GB连接性和结晶度之间的适当平衡是关键。
2019-10-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
High Precision Fourier Monte Carlo Simulation of Crystalline Membranes
我们报告的平原傅立叶蒙特卡罗算法，有望成为一个强大的工具，调查临界行为的一大类晶格模型，特别是那些包含微观或有效的长程相互作用的一个重要的改进。通过分别调整每个波矢量的蒙特卡罗接受率，我们能够大幅降低临界减速。我们说明了所产生的效率和前所未有的准确性，我们的算法与计算的通用弹性性能的结晶膜在平坦的阶段，并得出一个数值估计η = 0.795（10）的临界指数η，挑战那些来自其他最近的模拟。我们目前的算法访问的大系统尺寸也允许证明，不充分考虑到缩放校正可能会严重妨碍有限尺寸标度分析。这一观察也可能有助于澄清现有文献中发表的eta数值估计的明显分歧。
2013-03-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Anisotropic pressure response of thermal conductivity in crystalline polytetrafluoroethylene
McGill University（麦吉尔大学）
该研究采用SMRTA结合第一性原理，揭示了正交晶系III型PTFE在不同压力下热导率的各向异性压力响应，明确了链轴与横向热导率的变化规律及物理机制。
2026-10-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Thermodynamic Studies of \b{eta}-Ga2O3 Nanomembrane Field-Effect Transistors on a Sapphire Substrate
自热效应是大功率半导体器件的一个严重问题，它降低了电子迁移率和饱和速度，也影响了器件的可靠性。应用超快高分辨率热反射成像技术，观察到新型顶栅\b{eta} -Ga 2 O 3绝缘体场效应晶体管的直接自加热效应和表面温升现象。在这里，我们证明，通过利用更高的热导率的蓝宝石衬底，而不是SiO2/Si衬底，温度上升到室温以上的绝缘体场效应晶体管上的\b{eta} -Ga 2 O 3可以减少3倍，从而显着降低自热效应。热反射特性和模拟结果表明，蓝宝石衬底的热阻小于SiO2/Si衬底的1/3。因此，在蓝宝石衬底上实现了535 mA/mm的最大漏极电流密度，由于减少了自加热，该漏极电流密度比SiO2/Si衬底上的漏极电流密度高70%。将\b{eta} -Ga 2 O 3沟道集成在高导热率衬底上为解决\b{eta} -Ga 2 O 3的低导热率问题开辟了一条新途径。
2017-11-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Anisotropic Thermal Conductivity of Exfoliated Black Phosphorus
我们确定了氧化铝钝化黑磷（BP），一个反应性的2D纳米材料具有强的面内各向异性的各向异性热导率。我们测量的三个结晶轴剥离BP的时域热反射的室温热导率。Z字形方向的导热系数（86 +/- 8 W/（m*K））比扶手椅方向的导热系数（34 +/- 4 W/（m*K））高约2.5倍。
2015-09-30 cond-mat.mtrl-sci
Short-range Crystalline Order-Tuned Conductivity in Cr$_2$Si$_2$Te$_6$ van der Waals Magnetic Crystals
二维磁性材料（2DMM）不仅对研究二维长程磁有序的本质具有重要意义，而且对未来的自旋电子器件也具有重要意义。特别令人感兴趣的是2DMM，其中可以通过电传导来操纵自旋。而Cr $_2$ Si $_2$ Te $_6$在少层晶体中表现出磁有序，其大的带隙抑制了电子传导。在这里，我们表明，缺陷引起的短程晶体顺序在Cr $_2$ Si $_2$ Te $_6$的长度尺度低于0.6 nm诱导大幅降低的带隙和稳健的半导体行为下降到2 K，变成金属10 GPa以上。我们的研究结果将有助于2DMM中导电态的设计，并呼吁剥离型单晶中电子结构的自旋分辨测量。
2022-08-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Calculation of nanowire thermal conductivity using complete phonon dispersion relations
计算了晶态硅纳米线的晶格热导率。计算使用完全的声子色散，并且不需要任何外部施加的频率截止。不需要调整纳米线热导率测量。对于宽于35 nm的纳米线，得到了与实验结果良好的一致性。给出了一个关于传输函数的公式。此外，使用一个更简单的，nondispersive“卡拉威公式”，从完全分散体的角度进行了讨论。
2003-08-27 cond-mat.mtrl-sci
Degenerate doping in \b{eta}-Ga2O3 Single Crystals through Hf-doping
从熔体生长的\b{eta} -Ga 2 O3的N型导电性通常使用Sn和Si实现。本文采用UV-Vis-NIR吸收光谱、霍尔效应测量和混合泛函计算方法，对\b{eta} -Ga_2 O_3单晶的Hf掺杂进行了实验和计算研究。在Ar+O2混合气氛中，采用垂直梯度凝固（VGF）和提拉法从熔体中生长出了标称浓度为0.5at%的非故意掺杂和Hf掺杂样品。我们证明了Hf掺杂剂（预计作为浅施主掺入八面体Ga II位置）在\b{eta} -Ga 2 O 3中实现了简并掺杂，在我们的样品中测得的电子浓度为2 x 10^19 cm^-3，迁移率为80-65 cm ^2/Vs，电阻率低至5 mOhm-cm。使用辉光放电质谱（GDMS）对掺杂样品进行测量，测得Hf的浓度为1.3 x 10^19原子/cm ^3，证实Hf是n型导电性的原因（电子浓度约为2 x 10^19 cm-3）。
2020-01-30 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Ultralow Thermal Conductivity in a Two-Dimensional Material due to Surface Enhanced Resonant Bonding
具有超低热导率的晶体材料对于热电应用是高度期望的。许多已知的具有低热导率的晶体材料，包括PbTe和Bi 2 Te 3，具有一种称为“共振键”的特殊化学键。共振键是由简并键组态叠加而成，导致结构不稳定、原子间的反常长程相互作用和软光学声子。这些因素导致大的晶格非谐性和强的声子-声子散射，从而导致低的热导率。在这项工作中，我们使用第一性原理模拟，以调查在两个维度（2D），其中共振键是在接近表面的共振键合的效果。我们发现，由于共振键合的长程原子间相互作用变得更加突出，在二维由于减少屏蔽的原子位移引起的电荷密度失真。为了证明这种效应，我们分析了准二维Bi 2 PbTe 4的声子性质，在300 K时具有0.74 W/mK的超低热导率。通过比较准二维Bi 2 PbTe 4和其体相的原子间力常数，以及近表面和体相中共振键的性质，我们得出结论：共振键在减小的尺寸下显著增强，并且在降低晶格热导率方面更有效。我们的研究结果将为在低维材料中寻找热绝缘体提供新的线索。
2018-09-20 cond-mat.mtrl-sci
Weak localization and Berry flux in topological crystalline insulators with a quadratic surface spectrum
本文研究了拓扑晶体绝缘体中二次带交叉表面态的弱局域化。结果表明，二次带交叉点的拓扑结构决定了WL电导率校正的负号。对于破缺的时间反转对称性的表面状态，一个明确的依赖关系的WL电导率上的带Berry通量得到和分析不同的载流子密度制度和类型的能带结构（正常或倒置）。这些结果提出了一种通过WL测量来检测带Berry通量的方法。
2013-10-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Non-negligible Contributions to Thermal Conductivity From Localized Modes in Amorphous Silicon Dioxide
热导率是几乎所有涉及传热的应用的重要特性，从能源和微电子到食品加工和纺织品。晶体材料的理论和建模在某种意义上是一个已解决的问题，其中现在可以使用基于声子气体模型（PGM）[3，4]的表达式从第一原理[1，2]计算任何晶体线化合物的热导率。然而，无定形材料的建模仍然有许多悬而未决的问题，因为当人们不能严格定义声子速度时，PGM本身就变得可疑。因此，需要新的理论和方法来理解非晶材料中的声子输运。在这封信中，我们使用最近开发的Green-Kubo模态分析（GKMA）方法来研究无定形二氧化硅（a-SiO2）。预测的热导率表现出良好的协议与实验在所有温度和非谐效应包括在热导率计算的所有类型的模式在a-SiO2的第一次。以前，局域模（locon）被认为对热导率的贡献可以忽略不计，因为它们具有高度局域化的性质，在概念上应该阻止它们将能量转移到另一个位置。然而，在a-SiO2中，我们的研究结果表明，从400 K到800 K，locons对总热导率的贡献超过10%，并且它们是a-SiO2在室温以上热导率增加的主要原因。这是一种无法用以前的方法解释的效应，因此为非晶/玻璃质材料中声子输运的性质提供了新的见解。
2015-04-14 cond-mat.mtrl-sci
Ultra-low thermal conductivity in organic-inorganic hybrid perovskite CH3NH3PbI3
我们报告的单晶和多晶有机金属钙钛矿CH 3 NH3 PbI 3的热导率的温度依赖性。两种样品的形貌的可比的绝对值和温度依赖性表明晶界对热传输的次要作用。理论建模表明，在这两个标本的共振散射的重要性。声子波和CH 3 NH3+子晶格的旋转自由度之间的相互作用是热传输衰减和室温下0.5 W/（Km）的超低热导率的主要机制。
2014-07-18 cond-mat.mtrl-sci
Anisotropic Thermal Conductivity in Single Crystal beta-Gallium Oxide
用时域热反射法（TDTR）测量了β-Ga_2 O_3单晶在80- 495 K温度范围内沿四个晶向的热导率。室温下，[010]方向的热导率最高，为27.0 ± 2.0 W/mK，[100]方向的热导率最低，为10.9 ± 1.0 W/mK。在高温下，热导率遵循Umklapp声子散射的~1/T关系特征，表明在\b{eta} -Ga 2 O 3晶体中声子主导的热传输。测量的实验热导率由第一性原理计算支持，这表明热导率的各向异性是由于沿不同晶向的声速的差异。
2014-12-23 cond-mat.mtrl-sci
Monolithic integration of diverse crystalline thin films on diamond for near-junction thermal management
State Key Laboratory of Materials for Integrated Circuits, Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology（上海微系统与技术研究所集成电路材料国家重点实验室）；Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering, University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学物质科学与光电技术研究中心）；International Center for Quantum Materials, School of Physics, Peking University（北京大学物理学院量子材料研究院）；School of Science and Ministry of Industry and Information Technology Key Laboratory of Micro-Nano Optoelectronic Information System, Harbin Institute of Technology, Shenzhen（哈尔滨工业大学（深圳）理学院工业和信息化部微纳光电子信息系统重点实验室）；CETC Key Laboratory of Carbon-based Electronics, Nanjing Electronic Devices Institute（南京电子设备研究所中国电科碳基电子重点实验室）；Tsientang Institute for Advanced Study（杭州钱塘高等研究院）
本文通过多步转移印刷技术在钻石上集成不同功能的单晶薄层，如η-氧化镓、硅、氮化镓和锂钽酸锂，通过UHV退火实现超高的界面热导率，从而降低钻石基η-氧化镓MOSFET的热阻，展示出界面工程在高功率射频前端近结热管理中的关键作用。
2026-03-16 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Ultra-low glassy thermal conductivity and controllable, promising thermoelectric properties in crystalline o-CsCu5S3
本研究结合第一性原理自洽声子计算与线性化维格纳输运方程，揭示晶态o-CsCu₅S₃超低玻璃态热导率的粒子-波动双重声子机制，并通过调控载流子浓度实现800K下18.4%的高热电转换效率，为铜基硫族热电材料设计提供新思路。
2024-04-15 cond-mat.mtrl-sci
Strong Crystalline Thermal Insulation Induced by Extended Antibonding States
本文合成低热导率晶体 AgTl₂I₃，结合实验与理论揭示 Ag-I 多面体的扩展反键态引发强非谐性与晶格软化，从而抑制声子传播和隧穿，为隔热材料设计提供新策略。
2025-05-13 cond-mat.mtrl-sci
Computational uncertainties in lattice thermal conductivity prediction of crystalline solids
本文系统评估了50种半导体晶格热导率预测中BTE求解器、DFT软件包、交换关联泛函及机器学习力场所引入的计算不确定性，发现求解器和软件包误差较小，而泛函差异超过20%，并指出基础机器学习模型仅适用于粗筛。
2025-09-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
The Best Nanoparticle Size Distribution for Minimum Thermal Conductivity
哪种尺寸的纳米颗粒嵌入晶体固体中产生最低的热导率？纳米颗粒长期以来被证明可以通过散射声子来降低晶体的热导率，但大多数以前的工作都假设纳米颗粒具有单一的尺寸。在这里，我们使用优化方法来表明，最好的纳米粒子的尺寸分布，分散广泛的热声子谱不是一个类似的广泛的分布，而是在精心选择的纳米粒子半径的几个离散的峰值。对于SiGe，最佳尺寸分布产生低于非晶硅的热导率的热导率。此外，我们证明了一个简化的分布产生几乎相同的低热导率，可以很容易地制造。我们的工作为如何操纵声子的全谱提供了重要的见解，并将指导更高效的热电材料的设计。
2015-02-13 cond-mat.mtrl-sci
Deviations from the Summerfield scaling in the piezoelectric PbZr0.57Ti0.43O3
扩展我们早期的观察偏离Summerfield标度在晶体铁电系统的SBCT，我们已经研究了电导率的标度在另一个铁/压电钙钛矿晶体氧化物，PZT。在T大于TC时，发现与Summerfield标度的偏差。通过应用随机屏障模型实现对Summerfield标度的校正，并且用标度函数α 3.2的值构造主曲线。在SBCT的情况下，偏差仍然发生在T大于TC。主曲线由电导率数据sigma prime构建，该电导率数据在30至480 ℃的温度范围内在10至1 e5 Hz的频率范围内拟合到修改的Jonscher定律。α的正值表示相互作用粒子之间的库仑交换。这项工作提供了一个额外的例子，使我们相信，晶体系统以及可能遵循的标度律，不仅是无定形玻璃，因为以前认为。
2005-07-12 cond-mat.mtrl-sci
Atomistic origin of glass-like Zn4Sb3 thermal conductivity
锌锑在热电材料中脱颖而出，因为它的晶格热导率非常低，接近非晶极限。理解这种不寻常的晶体性质背后的物理原因对于设计新的热电材料具有根本意义。在这项工作中，我们报告的实验确定的β-Zn 4Sb 3结构的原子计算机模拟的结果。我们发现一个显着的非谐行为的Zn原子，可能是负责低热导率的Zn 4Sb 3：他们的运动，更好地解释为扩散，不有助于热传导。此外，声子输运受到阻碍，在晶体位置的Zn和Sb原子之间的耦合的缺乏。
2018-10-25 cond-mat.mtrl-sci
Significant four-phonon scattering and its heat transfer implications in crystalline Ge$_2$Sb$_2$Te$_5$
本研究通过第一性原理结合玻尔兹曼输运方程，发现晶体Ge$_2$Sb$_2$Te$_5$中四声子散射显著，可大幅降低晶格热导率，打破热导率T⁻¹标度关系，为相关材料热输运研究提供新方向。
2023-12-15 cond-mat.mtrl-sci
