Nanoscale Imaging of Phonons and Reconfiguration in Topologically-Engineered, Self-Assembled Nanoparticle Lattice
首次将拓扑工程机械框架原理扩展至纳米粒子自组装晶格，利用液相透射电子显微镜实现纳米尺度声子成像，并结合离散机械模型，为制造多功能声子器件开辟新途径。
2024-03-22 cond-mat.mtrl-sci
Disentangling electronic and phononic contributions to high-temperature superconductivity in X2MH6 hydrides
Jimei University（集美大学）；Xiamen University（厦门大学）；Iowa State University（爱荷华州立大学）；Guangdong University of Technology（广东工业大学）；Ames National Laboratory, U.S. Department of Energy（美国能源部艾姆斯国家实验室）
研究通过分离电子和声子贡献，揭示X2MH6家族中超导临界温度Tc的决定因素，发现电子贡献主导Tc，并通过结合图示性指标与压力效应分析提供设计新超导材料的指导。
2026-04-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
NanoBTE: Fast Iterative Solution of the Phonon Boltzmann Transport Equation for Nanoscale Heat Transport
Fudan University（复旦大学）；Wenzhou University（温州大学）；Nanjing Normal University（南京师范大学）
针对纳米尺度热输运中声子输运偏离经典傅里叶描述的问题，提出NanoBTE求解器，采用有限体积法，支持多种条件，有迭代方案及任务分解策略，可加速收敛并实现并行化与GPU加速。
2026-07-27 cond-mat.mtrl-sci
Simulating nanoscale heat transport
在本书的章节中，我们提供了“模拟纳米尺度热传输”的定义，广泛地认为是超越傅立叶定律的热传导建模。我们主要集中在非相干输运，这是占主导地位的声子和给定材料的边界之间的散射。在介绍了声子的玻尔兹曼输运方程（BTE）之后，我们详细介绍了求解纳米尺度热输运的不同数值方法，包括确定性方法和基于Monte Carlo的方法。本章最后讨论了多尺度建模的必要性。
2015-06-19 cond-mat.mtrl-sci
Soliton disentangling and ferroelectric hysteresis in reconstructed moire superlattices
由晶格失配或/和扭曲角产生的莫尔材料激发了人们对挖掘物质新量子相的极大兴趣。最近，涌现的界面铁电性已令人惊讶地发现在空间反演对称性破缺系统，如菱面体堆叠双层过渡金属二硫属化物（TMD）。然而，莫尔超晶格对应于偏振开关和滞后的演化仍然不清楚，这对于深入了解晶格对称性和能带拓扑之间的相互作用以及开发光电存储器件至关重要。在这里，我们报告的观察声子分裂的应变孤子网络中重建的莫尔超晶格，所产生的扭曲和松弛诱导强三重旋转对称性（C3）破缺。声子分裂的间隔可以通过垂直位移场来调节，并表现出铁电相关的磁滞回线。这些声子演化特征归因于畴壁运动过程中莫尔孤子解纠缠和晶格粘性的贡献。此外，我们证明了原理莫尔铁电隧穿结，其势垒被净极化修改，隧穿电阻为~10^4。我们的工作不仅揭示了莫尔孤子的晶格动力学，而且为未来的铁电基光电存储器件提供了一条潜在的途径。
2022-06-27 cond-mat.mtrl-sci
Thermoelectric Properties of Nanoscale three dimensional Si Phononic Crystal
研究了具有球形孔的n型纳米级三维Si声子晶体的热电性能。利用密度泛函理论和弛豫时间近似下的Boltzmann输运方程研究了电子输运系数、电导率、Seebeck系数和电子热导率。结果表明，在室温（300 K）下，3D Si PnC的电子输运系数与Si相比变化不大，电导率和热导率随载流子浓度的变化分别降低0.26 ~ 0.41和0.39 ~ 0.55，Seebeck系数与体Si相近.然而，具有球形孔的3D Si PnCs的晶格热导率通过分子动力学方法计算降低了500倍，导致ZT为0.76，这是多孔Si的约30倍。这项工作表明，3D Si PnC是一个有前途的候选人，高效率的热电材料。
2014-10-29 cond-mat.mtrl-sci
Phonon propagation scale and nanoscale order in vitreous silica from Raman spectroscopy
对于纳米级系统，如纳米颗粒和3D键合网络，空间相干性的范围很好地反映在拉曼光谱图案。对于受限的或局域的声子，对光谱有贡献的q点的范围取决于声子限制长度，这使得可以从光谱中导出尺寸信息。在这项工作中，玻璃石英的拉曼光谱被描述为SiO2网络的局域声子。研究了谱图随约束尺寸的收敛性。结果表明，石英玻璃中的声子传播尺度在0.5- 2nm范围内。
2019-05-06 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Nonlinear phononics in Bi$_2$Te$_3$ nanoscale thin films: A theoretical approach
本文通过密度泛函理论和群论，构建最小模型研究Bi$_2$Te$_3$纳米薄膜中太赫兹脉冲激发的相干声子动力学，证实三次声子-声子耦合是关键机制，理论计算与实验透射率高度吻合。
2025-10-08 cond-mat.mtrl-sci
Ultrahard BC5 -- an efficient nanoscale heat conductor through dominant contribution of optical phonons
在这项工作中，我们研究的热导率（k）的BC 5，超硬类金刚石半导体材料，使用第一性原理计算和分析的同位素无序以及长度尺度依赖的效果。在300 K下，同位素纯BC 5的k计算为169 Wm-1 K-1（沿a轴）;发现这一高k是由于由于碳（C）和硼（B）原子的轻原子质量以及强C-C和B-C键导致的声学和光学声子的高频率和声子群速度。我们还观察到在较高温度（~500 K）下，光学声子（~ 54%）在热传导中占主导地位。这种异常高的光学声子的贡献被发现是由于在BC 5中的一个独特的效果有关的光学声子散射率相对于声学声子的温度依赖性较弱。解释的效果是在高频的光学声子引起衰减到其他高频声子，其中低声子人口导致的衰减项变得对温度不敏感。该效应进一步导致在100 nm长度尺度下的77 Wm-1 K-1的高纳米级热导率，这是由于光学声子平均自由程处于纳米范围。这些结果为BC 5在纳米热管理中的应用提供了途径。
2021-07-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Excitation and detection of acoustic phonons in nanoscale systems
声子在材料的物理性质中起着关键作用，长期以来一直是物理学的研究课题。虽然声子的影响在历史上被认为是一种障碍，但现代研究表明，声子可以被利用，因为它们能够耦合到其他激发，从而影响固态系统的热，介电和电子特性，极大地激发了声子结构的工程。纳米纤维的进步已经允许结构化和声子限制，甚至达到纳米级，极大地改变了材料特性。尽管在制造这样的纳米器件的发展，适当的操纵和表征的声子继续是具有挑战性的。然而，对这些过程的基本理解可以实现拓扑声子学，信息技术，传感和量子电动力学等不同领域的关键应用，特别是当与现有的电子和光子器件集成时。在这里，我们强调了七种用于激发和检测固体材料中的声学声子和振动的可用方法，以及与其应用相关的优点，缺点和其他考虑因素。然后，我们提供了对纳米声子学的开放性挑战的观点，以及这些技术所赋予的额外理解如何有助于实现下一代声子技术应用。
2022-03-29 cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det
Four-dimensional Vibrational Spectroscopy for Nanoscale Mapping of Phonon Dispersion in BN Nanotubes
直接测量单个纳米结构中的局部声子色散可以极大地促进我们对其电学、热学和力学性质的理解。然而，这样的实验测量需要极高的探测灵敏度和组合的空间，能量和动量分辨率，因此一直是难以捉摸的。在这里，我们开发了一种基于单色扫描透射电子显微镜（STEM）的四维电子能量损失谱（4D-EELS）技术，并提出了在单个氮化硼纳米管（BNNT）的位置依赖的声子色散测量。我们的测量结果表明，多壁BNNT晶体的非折叠声子色散与六方氮化硼（h-BN）晶体接近，表明层间耦合和弯曲的几何形状对声子色散没有实质性的影响。我们还发现，声学声子是非常敏感的动量相关的缺陷散射，而光学声子是不太敏感。这项工作不仅提供了有益的见解BNNT的振动特性，但也展示了发展的4D-EELS技术在纳米声子色散测量的巨大前景。
2020-08-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Non-Equilibrium Phonon Transport Across Nanoscale Interfaces
尽管在纳米级界面上的热传输应用无处不在，包括集成电路，热电和纳米治疗诊断学，但这些系统中声子传输的准确描述仍然难以捉摸。在这里，我们提出了一个理论和计算框架来描述声子输运的位置，动量和散射事件的分辨率。我们将这个框架应用到一个单一的材料球形纳米粒子的多维分辨率提供洞察声子热化的物理起源，和长度尺度依赖的稳态声子分布的各向异性。我们扩展的形式主义，明确处理接口和调查的具体情况下，半相干材料的界面，通过计算声子和界面应变之间的耦合产生的非周期性阵列的失配位错。我们的框架定量地描述了技术相关的硅锗异质结构内的界面热阻。在未来，这种形式主义可以提供新的见解，通过超快，太赫兹和近场光谱越来越接近纳米材料的相干和驱动声子效应。
2018-11-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Quantum-chemical perspective of nanoscale Raman spectroscopy with three-dimensional phonon confinement model
晶体/分子系统的拉曼光谱得到了量子化学计算和群论的充分支持，使其成为一种独特的表征工具。然而，对于纳米尺度系统的“中间”情况，拉曼光谱的使用受到缺乏这种理论基础的限制。在这里，我们建议耦合缩放量子力学（SQM）计算与声子约束模型（PCM）构建一个普遍的和物理上一致的基础，纳米拉曼光谱。与常用的一维色散PCM不同，我们考虑了沿k空间的所有三维的限制。我们将其应用于亚50纳米尺寸的金刚石纳米颗粒，一个系统具有显着的各向异性的分散体，其中使用三维分散体是必要的。该模型很好地再现了尺寸敏感的光谱特征，包括峰位，带宽和sp3 C-C拉曼带的不对称性。这种基本方法可以很容易地推广到其他纳米晶体固体，希望有助于定量纳米拉曼光谱的未来发展。
2016-12-27 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Probing (sub)nanoscale ferrons in an electron microscope
Arizona State University（亚利桑那州立大学）
本研究利用电子能量损失谱在钛酸铅中直接探测到（亚）纳米尺度的Higgs和赝Goldstone两类铁振子，发现其群速度显著高于软声子，且畴尺寸限制可使其加倍，为三维铁电体中的太赫兹应用开辟了新途径。
2026-09-15 cond-mat.mtrl-sci
Semiconductor nanofilms as thermal phonon polarizers: competing effects of scattering selection rules and boundary mode conversion
Indian Institute of Science（印度科学研究所）
研究声子散射选择规则对纳米半导体薄膜热流的调制，通过第一性原理计算揭示其与边界模式转换的竞争，驱动低温下模式极化热电流，可实现纳米薄膜声子耦合的对称选择性工程。
2026-07-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Extreme Low Thermal Conductivity in Nanoscale 3D Si Phononic Crystal with Spherical Pores
热电材料为将有害和无用的热量转化为有用的能量--电提供了很大的希望。它还可以用作集成电路中的固态Peltier冷却器，这对电子工程师来说是一个巨大的挑战。对高效热电材料的需求从未如此强烈。虽然已经做了很多工作，但我们离热电材料的配方还很远。纳米结构化提供了一种有效的方法，通过降低热导率而不影响电子特性来提高品质因数（ZT）。1在这里，我们提出了一种新型的具有球形孔的纳米级三维（3D）Si声子晶体（PnC），它可以在室温下将体Si的热导率降低高达10，000倍。极低的热导率可能导致ZT值大于1。从室温到1100 K，热导率变化不大.声子参与比谱表明，随着孔隙率的增加，声子局域化程度增加。
2013-09-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Design and operation of a microfabricated phonon spectrometer utilizing superconducting tunnel junctions as phonon transducers
为了充分理解纳米尺度的热输运，有必要对纳米结构中的声子传输进行光谱表征。为了实现这一目标，我们已经开发了一个微型声子谱仪。我们利用微制造超导隧道结（STJ）声子换能器的发射和检测的可调，非热，和光谱分辨的声学声子，频率范围从~100到~870 GHz，在硅微结构。我们表明，声子光谱与STJ提供了一个光谱分辨率~15-20 GHz，这是~20倍优于热导测量，探测纳米级声子输运。STJ是Al-AlxOy-Al隧道结，声子发射和检测通过超导膜中发生的准粒子激发和衰变跃迁发生。我们详细说明的光谱仪的设计几何形状和限制，制造技术，和低噪声仪器，成功应用这种技术的纳米声子研究是必不可少的。我们讨论了由STJ发射器发射的声子的光谱分布和由STJ检测器检测它们的效率。我们证明了声子弹道传播通过硅微结构，亚微米的空间分辨率是可实现的设计，如我们的。纳米结构和纳米材料中声子输运的光谱分辨测量将进一步推动声子的工程和开发，从而对纳米热输运以及新兴的纳米声子学领域产生重要影响。
2013-03-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Unveiling Phonon Contributions to Thermal Transport and the Failure of the Wiedemann-Franz Law in Ruthenium and Tungsten Thin Films
该研究通过热导率、光谱与模拟分析证明钌和钨薄膜中声子贡献显著并导致 Wiedemann-Franz 定律偏离，为纳米互连热管理选材提供依据。
2025-05-12 cond-mat.mtrl-sci
Giant two-phonon Raman scattering from nanoscale NbC precipitates in Nb
高纯度铌（Nb），在超导RF腔的制造中使用的处理方法，显示含有过量碳的微米级表面补丁。高分辨率透射电子显微镜和电子能量损失谱测量揭示了在这些地区的纳米级NbC相干沉淀物的存在。拉曼后向散射光谱在类似的表面区域表现出光谱与文献结果一致，但显着增强的双声子散射散装NbC。前所未有的强度和尖锐度的双声子信号，促使理论分析，使用密度泛函理论（DFT），声子模式在NbC的两个不同的界面模型的相干沉淀。一个模型导致整体压缩应变和从头计算的声子色散曲线的NbC均匀压缩下的比较表明，测得的两个声子峰直接链接到声子异常所产生的强电子-声子相互作用。通过DFT研究的Nb和NbC之间的扩展界面的另一个模型，给出了通过一阶拉曼测量的声学和光学模式态密度的频移的洞察。较强的双声子响应的确切起源目前尚不清楚，但它表明在应变下过渡金属碳化物中增强的电子-声子耦合的可能性，发现无论是在散装NbC夹杂物或在其与Nb金属的界面。使用点接触方法的初步隧穿研究表明，一些能隙大于预期的散装NbC。
2015-03-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Nanoscale Phonon Spectroscopy Reveals Emergent Interface Vibrational Structure of Superlattices
随着材料长度尺度的减小，与界面相关的非均匀性的重要性越来越接近于周围材料。超晶格中涌现的电磁界面性质已经从实验和理论两方面得到了广泛的研究。$^{1-6}$然而，影响声子介导响应的界面振动的存在，如热导率$^{7,8}$，仅在实验中间接推断。虽然人们普遍认为内禀声子在界面$^{9,10}$附近发生变化，但界面效应影响材料的物理机制和长度尺度仍不清楚。在这里，我们证明了本地化的振动响应与界面的SrTiO $_3$ -CaTiO $_3$超晶格结合先进的扫描透射电子显微镜成像和光谱和密度泛函理论计算。在界面附近的几个原子平面内观察到两种组成材料的非典型对称性。局部对称性产生局部声子模式，一旦界面的间距接近声子空间范围，所述局部声子模式确定超晶格的全局响应。结果提供了直接的可视化和量化，说明了局部对称性和界面振动的进展，因为它们决定了整个超晶格的振动响应;换句话说，从具有界面的材料到由界面主导的材料，再到界面材料的进展，随着周期的减小。对这种局部原子和振动现象的直接观察表明，它们的空间范围需要量化以理解宏观行为。剪裁接口，并知道他们的本地振动响应，提供了一种手段，追求设计师固体具有紧急红外和热响应。
2021-10-04 cond-mat.mtrl-sci
Inverse Design in Nanoscale Heat Transport via Interpolating Interfacial Phonon Transmission
我们介绍了一种基于密度的拓扑优化的非傅立叶热输运纳米结构的方法，基于伴随的声子玻尔兹曼输运方程（BTE）和一种新的材料插值技术，“传输插值模型”（TIM）的灵敏度分析。BTE优化的关键挑战是处理真实和动量分辨材料属性之间的相互作用。通过用界面传输系数参数化材料密度，TIM能够恢复硬壁和无界面极限，同时保证空隙和固体区域之间的平滑过渡。我们首先使用我们的方法来定制周期性纳米材料的有效热导率张量，然后，我们最大限度地限制扩散运输下的经典声子尺寸效应，确定一个有前途的新的热电材料设计。我们的方法能够系统地优化材料的热管理和转换，更广泛地说，设备的设计，扩散传输是无效的。
2022-10-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Enhanced phonon-drag by nanoscale design of homoepitaxial \hbox{$β$-Ga$_2$O$_3$}
该研究通过调控同质外延 β-Ga₂O₃ 纳米薄膜厚度，在 λ_PD ≫ λ > d 条件下将声子拖曳热电势从 -0.4 mV/K 增强至 -3 mV/K，并揭示厚度低于 75 nm 时电子-声子相互作用由三维向准二维转变的机制。
2025-08-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
GaAs/GaP Superlattice Nanowires for Tailoring Phononic Properties at the Nanoscale: Implications for Thermal Engineering
该研究通过实验与DFPT计算揭示了GaAs/GaP超晶格纳米线中声子色散和电子带隙的可调性，证明纳米尺度材料工程可定制声子特性并为热工程开辟新途径。
2023-09-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Time-domain extreme ultraviolet diffuse scattering spectroscopy of nanoscale surface phonons
Elettra Sincrotrone Trieste（的里雅斯特同步辐射中心）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；Ca’ Foscari University of Venice（威尼斯卡福斯卡里大学）；Max Born Institute（马克斯·玻恩研究所）；University of Bern（伯尔尼大学）；Università degli Studi di Trieste（的里雅斯特大学）；University of Erlangen-Nürnberg（埃尔朗根-纽伦堡大学）；University of Siegen（锡根大学）；Synchrotron SOLEIL（SOLEIL同步辐射中心）；Lawrence Berkeley National Lab（劳伦斯伯克利国家实验室）；Stanford Institute for Materials and Energy Sciences, SLAC National Accelerator Laboratory（斯坦福材料与能源科学研究所，SLAC国家加速器实验室）；Stanford PULSE Institute, SLAC National Accelerator Laboratory（斯坦福PULSE研究所，SLAC国家加速器实验室）
该研究通过极紫外漫散射光谱学实现了对纳米尺度表面声子的时域观测，揭示了光学激发产生相干表面声子的机制，并为扩展表面声子光谱学的波矢范围提供了新方法。
2026-01-15 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Thermal engineering in low-dimensional quantum devices: a tutorial review of nonequilibrium Green's function methods
自从声子的量子化热导被发现以来，量子器件的热工程就引起了人们的广泛关注。虽然在宏观体系中声子很容易被淹没在众多的激发态中，但在纳米尺度的低维体系中，即使在室温下，声子的量子行为也是显著的。特别是在纳米输运器件中，当输运长度小于声子的体平均自由程时，声子将以准弹道方式运动。研究表明，声子非平衡格林函数方法（NEGF）是研究纳米尺度声子量子输运的有效方法。在本教程中，使用NEGF方法讨论了量子器件热工程的两个方面。一个涵盖了纯声子的输运性质;另一个关注的是热电子效应，它通过温度梯度操纵其他自由度，如电荷，自旋和谷。对于每一部分，我们首先概述了基本的理论形式，然后提供了一个模型或现实材料的相关研究的综述。特别注意的是声子拓扑结构和广义声子NEGF方法。最后，本文对全文进行了总结和展望.
2018-04-15 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced Thermoelectric Performance of Polycrystalline Si0.8Ge0.2 Alloys through the Addition of Nanoscale Porosity
工程材料包括纳米级孔隙率或其他纳米级结构已成为一个完善的战略，提高热电性能的热电材料。然而，该方法仅被认为是有益的材料中的固有声子平均自由程是远远长于的载流子。因此，该方法不会被期望在多晶半导体合金（例如SixGe 1-x）中提供显著的性能增益，其中质量无序和晶粒提供强的声子散射。在这份手稿中，我们证明，除了纳米级的孔隙率，甚至超细晶粒Si0.8Ge0.2可能是值得的。半经典玻尔兹曼输运方程被用来模拟多晶Si 0.8Ge 0.2中含有垂直于输运电流的棱柱形孔的电和声子输运。该模型是免费的调整参数，并对实验数据进行了验证。模型表明，孔隙和晶界的组合抑制声子导电性的大小与电子热导率。在这种情况下，ZT可以通过降低载流子浓度来进一步增强电和电子热导率，同时增加热功率。尽管ZT的增加幅度不大，但最佳载流子浓度显着降低，这意味着半导体不需要用掺杂剂如此强烈地过饱和。
2021-10-13 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Three dimensional vectorial imaging of surface phonons
虽然声子和它们的相关性质已经在块体材料中得到了全面的研究，但对纳米级物体表面声子的透彻理解仍然是难以捉摸的。使用光子或电子的红光成像方法存在，可以将这些振动激发映射到单个原子尺度。然而，到目前为止，还没有技术能够直接揭示纳米结构物体的声子电磁态密度的完整三维矢量图。在扫描透射电子显微镜中使用高度单色化的电子束，我们可以将来自纳米级MgO立方体的不同声子签名可视化为束位置、能量损失和倾斜角的函数。的振动响应被描述在定义良好的本征模式，并被用来断层重建的声子表面场的对象，揭示了传统的映射不可见的效果。表面声子的应用主要依赖于电磁场的空间和矢量形状，强烈影响材料的光学，热和电子行为。因此，这种3D信息有望在纳米级物理现象的新见解，是非常宝贵的纳米结构的设计和优化迷人的新用途。
2020-12-18 cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det
Nanoscale imaging of unusual photo-acoustic waves in thin flake VTe$_2$
声声子是声和热的载体，其控制一直是纳米器件中声和热性质调控的重要研究方向。特别是，使用超快光脉冲的光声效应在皮秒时间范围内光学操纵声子方面具有很大的潜力。然而，迄今为止，其机理主要基于各向同性介质中常见的热弹性膨胀，限制了潜在应用的范围。利用过渡金属二硫族化合物VTe $_2$的带型电荷密度波（CDW），研究了一种新的光声效应机制.超快电子显微镜成像和衍射测量揭示了不寻常的声波的产生和传播的纳米薄板与光诱导的瞬时电荷密度波溶解。我们的研究结果突出了光致结构不稳定性作为相干声波源的能力。
2020-03-12 cond-mat.mtrl-sci
A new regime of nanoscale thermal transport: collective diffusion counteracts dissipation inefficiency
了解纳米热源的热传输对于材料中能量流的基本描述以及许多技术应用都很重要，包括纳米电子学中的热管理，热电器件，纳米增强光致发光和纳米粒子介导的热疗法。纳米尺度下的热传输与宏观尺度下的热传输有着根本的不同，它取决于材料中载流子平均自由程的分布、热源的长度尺度以及热传输的距离。过去的工作表明，傅立叶热传导定律大大高估了尺寸小于主要载热声子的平均自由程的热源的散热速率。在这项工作中，我们发现了一个新的制度，纳米级的热传输占主导地位时，纳米级的热源之间的分离是小的占主导地位的声子平均自由路径。令人惊讶的是，相邻热源之间的相互作用可以促进有效的、扩散式的散热，即使是来自最小的纳米级热源。这一发现表明，包括集成电路在内的纳米级系统的热管理可能不像预计的那样具有挑战性。最后，我们展示了一个独特的和新的能力，提取平均自由程分布的声子材料，允许第一次实验验证的差分电导率预测从第一性原理计算。
2014-07-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Nanoscale sliding friction versus commensuration ratio
克里姆和维多姆的先驱工作揭示了原子尺度上摩擦的粘性本质的起源。这产生了广泛的实验和理论活动。然而，基本的问题仍然是开放的，如滑动摩擦和衬底的拓扑结构之间的关系，以及对接触表面的温度的依赖性。在这里，我们提出的结果，使用分子动力学，声子摩擦系数（$η_{ph}$）的吸附物-基板界面的一维模型。研究了吸附质与基质之间的不同吸附关系以及$η_{ph}$的温度依赖性。在我们研究的所有情况下，$η_{ph}$都与底物的吸附振幅成二次方关系，但它是底物与吸附质之间的吸附比的非平凡函数。最引人注目的结果是一个深和广泛的区域的小值的$η_{ph}$为基质-吸附物的膨胀比之间的$\approx 0.6-0.9$。我们的研究结果揭示了一些矛盾的结果，在文献中发现的声子和电子摩擦的相对大小。
2005-04-12 cond-mat.mtrl-sci
Phonon Spin Selective One-Way Axial Phonon Transport in Chiral Nanohelix
该研究提出利用声子自旋角动量作为额外自由度，通过圆偏振光场光子自旋与声子自旋的转化，在手性碳纳米管中实现近100%整流率的单向声子输运，为自旋声子学发展开辟了新路径。
2025-10-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Activation of nominally silent domain wall-localized phonons from GHz to THz frequencies
铁电畴壁（DW）是纳米级拓扑缺陷，可以很容易地定制，以创建纳米级器件。最近发现，它们的激发是DW GHz电导率的原因，与现有技术相比，它们有望实现更快的信号传输和处理速度。在这里，我们发现DW声子从GHz频率分散到THz频率，从而解释了DW电导率中令人惊讶的宽GHz特征的起源。令人困惑的激活名义上沉默DW滑动模式BiFeO3追溯到DW倾斜，并导致壁局部声子的不对称性。得到的声子谱和选择规则被用来模拟扫描阻抗显微镜，新兴的纳米声子学作为一个强大的探针。这些结果将指导实验发现预测的声子分支和设计基于DW的纳米器件。
2019-07-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Role of force-constant difference in phonon scattering by nano-precipitates in PbTe
采用从头算声子计算和分子动力学相结合的方法研究了纳米沉淀物对碲化铅热电材料晶格热传导的影响。我们考虑到质量差和力常数的变化的影响，并发现后者的影响随着沉淀物浓度的增加而增强。因此，我们在计算中包含力常数的变化提供了更小的预测最佳纳米沉淀物尺寸，其使热导率最小化。这些结果表明，热电复合材料中纳米沉淀物的声子散射可能比以前认为的更强。
2016-11-03 cond-mat.mtrl-sci
Topological surface phonons modulate thermal transport in semiconductor thin films
School of Physical Sciences, University of Science and Technology of China（中国科学技术大学物理学院）；Suzhou Institute for Advanced Research, University of Science and Technology of China（中国科学技术大学苏州高等研究院）；School of Biomedical Engineering, Division of Life Sciences and Medicine, University of Science and Technology of China（中国科学技术大学生命科学与医学部生物医学工程学院）
本研究通过结合第一性原理机器学习势能与声子玻尔兹曼输运方程和分子动力学模拟，系统研究了拓扑表面声子在半导体薄膜（Si、4H-SiC和c-BN）平面热输运中的作用，发现其对热导率的贡献可达30%以上，并展示了温度和双轴应变可有效调控该贡献。
2026-06-04 cond-mat.mtrl-sci
Demagnetization-Driven Nanoscale Chirality-Selective Thermal Switch
Gwangju Institute of Science and Technology (GIST)（光州科学技术研究院）；Korea Research Institute of Standards and Science（韩国标准科学研究院）；Chung-Ang University (CAU)（中央大学）；Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter（马普物质结构与动力学研究所）
本文提出由铁磁性[Co/Pt]多层膜与手性α-SiO2构成的异质结构，利用磁场和退磁效应实现纳米级手性选择性热开关，并通过实验与模拟验证其热导率调控。
2025-09-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Size-dependent thermal conductivity of nanoscale semiconducting systems
我们研究了纳米半导体系统的热导率的尺寸依赖性。导出了考虑表面散射和声子输运的尺寸限制效应的解析公式。理论公式与已有的Si和GaAs纳米线和薄膜的实验数据吻合较好。
2006-03-09 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Ultrahigh thermal conductivity in hexagonal BC6N- An efficient material for nanoscale thermal management- A first principles study
具有高导热性的工程材料对于微/纳米电子中的有效散热具有根本意义。使用第一原理计算，我们报告了六方纯（天然）BC 6 N（h-BC 6 N）的超高热导率为2090 Wm-1 K-1（1395 Wm-1 K-1）。该值是在金刚石和立方砷化硼之后已知的最高热导率之一。这种超高的晶格热导率（k）主要归因于由强C-C和B-N键以及组成元素如硼（B）、碳（C）和氮（N）的轻原子质量产生的声学和光学声子的高声子群速度。我们还报告的h-BC 6 N纳米结构的尺寸依赖的热导率，包括边界散射。在室温（300 K）和100 nm的纳米尺度长度（L）下，观察到175 Wm-1 K-1的高k值（高于硅的体k值）。具有大群速度的光学声子主要负责h-BC 6 N纳米结构中的这种高热导率。h-BC 6 N的高热导率使其成为微/纳米热管理应用中散热的候选材料。
2021-07-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Thermal conductivity of bulk and nanoscaled Si/Ge alloys from the Kinetic Collective Model
几个迄今无法解释的功能，在IV族材料的热导率，如作为纯与合金样品的样品尺寸的函数的斜率的变化和低杂质浓度的热导率的快速衰减，描述在声子传输从集体到动力学制度的过渡方面。我们表明，在纯体硅样品中的热传输主要是集体的，杂质/合金和边界散射是负责破坏这个制度与相关的强烈降低热导率，离开动力学运输作为唯一允许的电阻散射机制时占主导地位。
2015-09-03 cond-mat.mtrl-sci
First-Principles Theory of Competing Order Types, Phase Separation, and Phonon Scattering in Thermoelectric Pb-Sb-Ag-Te Alloys
使用第一性原理集团展开，我们揭示了最近发现的高性能热电材料，Pb-Ag-Sb-Te合金的固态相图和结构。所观察到的纳米级的不均匀性被证明是有序的（Ag）m（Sb）n（Te）m+n相，如AgSbTe 2，所有与岩盐PbTe不混溶的相干沉淀。PbTe在AgSbTe 2中的溶解度高，而（Ag，Sb）Te在PbTe中的溶解度低（850 K时8%对0.6%）。PbTe和AgSbTe 2声子谱的差异证实了非均匀性增强了热电性能。
2008-03-07 cond-mat.mtrl-sci
OpenBTE: a Solver for ab-initio Phonon Transport in Multidimensional Structures
在纳米尺度上控制热流对于包括热能收集和热管理在内的若干应用是关键的。然而，工程纳米结构是具有挑战性的，因为声子边界的相互作用，而不是考虑傅立叶定律，必须考虑。非扩散模型，如玻尔兹曼输运方程（BTE），已被成功地用于捕捉复杂结构中的尺寸效应;然而，它们的广泛应用受到该领域开源求解器有限的阻碍。我们填补了这一空白，引入OpenBTE，一个有效的求解器的稳态声子BTE在多维结构。该工具与第一性原理计算接口，因此无需拟合参数即可解锁热相关属性的计算。作为一个例子，我们采用OpenBTE计算的温度和通量的地图，以及模式分辨，有效的热导率的硅膜具有无限和有限的厚度。通过解锁快速的纳米级热传输模拟，OpenBTE可能有助于加速热能应用的纳米材料设计。
2021-06-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Disentangling Electronic and Lattice Contributions to Transient Absorption in Metal Halide Perovskites: A First-Principles Study of CH3NH3PbBr3
Humboldt-Universität zu Berlin（柏林洪堡大学）；European Theoretical Spectroscopy Facility (ETSF)（欧洲理论光谱设施）
研究金属卤化物钙钛矿中电子与晶格自由度复杂作用下瞬态吸收的起源。采用结合非平衡贝叶斯-萨尔皮特方程与从头算分子动力学的第一性原理方法，可定量区分飞秒到皮秒时间尺度的电子和热晶格贡献。
2026-07-07 cond-mat.mtrl-sci
Features of phonon scattering by a spherical pore: molecular dynamics insight
本研究通过分子动力学方法，揭示了球形孔隙声子散射的机制，发现尺寸参数和晶向分别决定散射模式及Mie共振区域，为纳米结构热管理提供了新洞见。
2024-03-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Thermal Expansion Coefficient and Phonon Dynamics in Coexisting Allotropes of Monolayer WS2 Probed by Raman Scattering
本文报道了在4K到330 K的宽光谱范围内对单层WS_2的三种不同相进行的温度相关拉曼光谱测量。我们的研究揭示了第一以及高阶组合模式的反常性质，反映在少数模式的消失和声子自能参数的反常温度评估归因于共振条件的失谐和应变的发展，由于热膨胀与底层衬底的不匹配。我们详细的温度依赖性研究还破译了文献中的两种模式分配的模糊性附近~ 297 cm-1和325 cm-1。297 cm-1附近的模式被指定为一阶拉曼模式，这在后向散射几何中是禁止的，325 cm-1被指定为和模式的组合。在4 ~ 330 K温度范围内，通过系统地分析衬底效应，估算了热膨胀系数，并探讨了1H、1 T和1 T '相的热膨胀系数随温度的变化关系。
2019-06-25 cond-mat.mtrl-sci
Anharmonic phonons in few layer MoS$_2$: Raman spectroscopy of ultra low energy compression and shear modes
二硫化钼（MoS $_2$）是一种很有前途的纳米材料，可用于制备二维晶体和柔性电子及光电子器件。MoS $_2$薄片可以显示出高迁移率，并且甚至已经集成在纳米电路中。这种用途的基本要求是有效的热传输。电子传输产生需要被抽空的热量，在纳米结构中更是如此。非谐声子-声子散射是影响绝缘体热输运的主要因素。在这里，使用适当的样品，超低能拉曼光谱和第一性原理计算，我们提供了一个完整的实验和理论描述的压缩和剪切模式的少层（FL）的MoS $_2$。我们表明，压缩模式是强烈的非谐与显着增强的声子-声子散射的层数减少，最有可能的一般功能的纳米层材料与弱层间耦合。
2013-04-15 cond-mat.mtrl-sci
Modeling Heat Dissipation at the Nanoscale: An Embedding Approach for Chemical Reaction Dynamics on Metal Surfaces
我们提出了一种嵌入技术的金属系统，使之成为可能的模型能量耗散到衬底声子在表面化学反应的第一性原理。分离化学和弹性贡献的相互作用势提供了一个定量的描述电子和声子能带结构。应用于O $_2$在Pd（100）处的解离，预测了由于释放的吸附能（约100）而导致的“热”氧吸附物。2.6 eV）。这一发现质疑了多相催化模型中通常假设的反应热力学的瞬时热化。
2014-05-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Atomically localized ingredient-dependent interface phonon in heterogeneous solids
声子是非金属固体中的主要热载体。在成分不均匀的材料中，热性质被认为主要是由质量无序和应变涨落引起的声子输运中断所决定的，而成分涨落引起的局域声子态的影响通常被忽略。在这里，通过扫描透射电子显微镜电子能量损失谱和复杂的计算，我们确定的成分依赖的界面声子模式在AlxGa 1-xN的振动特性和量化的各种贡献的本地界面热导。我们表明，原子尺度的组成波动有显着的影响，振动热力学性质，高度影响的模式比和振动振幅的界面声子模式，并随后重新分配其模式的ITC的贡献。我们的工作为理解纳米级不均匀性中的局部声子边界相互作用提供了基本见解，这揭示了通过工程成分分布优化热性能的新机会。
2022-10-23 cond-mat.mtrl-sci
Ab-initio calculation of all-optical time-resolved calorimetry of nanosized systems: Evidence of nanosecond-decoupling of electron and phonon temperatures
在300 ~ 1.5K温度范围内，研究了超短激光脉冲在纳米尺度系统（即全光时间分辨纳米量热法）中诱导的热动力学。我们报告从头计算描述的温度依赖性的电子-声子相互作用的Cu纳米盘支持在Si上。电子和声子的温度被发现在10 K，这是两个数量级的过量相对于标准的低温运输实验中发现的ns时间尺度上去耦。通过解释我们的结果背后的物理学，我们提出了一种替代路线，通过用时域实验取代传统实验的mK温度要求，来彻底改变纳米级系统中电子-声子解耦机制的现有知识。
2010-04-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Disentangling the Electronic and Lattice Contributions to the Dielectric Response of Photoexcited Bismuth
本文利用薄膜干涉技术解耦光激发铋的复介电函数，揭示电子与A$_{1g}$声子核运动对带间跃迁重整化的共同贡献。
2023-10-26 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Nanoscale Determination of the Mass Enhancement Factor in the Lightly-Doped Bulk Insulator Lead Selenide
铋硫族化物和碲化铅/硒化铅合金具有优异的热电性能，可用于发电和器件应用。由于声子在实现这些所需特性方面起着重要作用，因此量化声子和电子之间的相互作用（编码在材料的Eliashberg函数中）非常重要。然而，由于缺乏当地的实验探测器，其精确提取在一定程度上受到限制。在这里，我们构建了一种方法，直接提取的Eliashberg功能使用朗道能级光谱，并证明其适用于轻掺杂的热电体绝缘体PbSe。除了它的高能量分辨率仅限于热展宽，这种新的实验方法可以用来检测在纳米尺度上的质量增强因子的变化。因此，它开辟了一个新的途径，研究化学缺陷，表面掺杂和应变的质量增强因子的影响。
2015-02-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Thermal Logic Gates: Computation with phonons
逻辑门是计算机的基本数字元件。我们建立了热逻辑门，可以执行类似的操作，因为他们的电子同行。热逻辑门是基于非线性晶格，由于其温度依赖的功率谱表现出非常有趣的现象。我们证明，声子，热载体，也可以用来携带信息和相应的处理。探讨了纳米尺度实验的可能性。
2007-09-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Energy Dissipation and Transport in Nanoscale Devices
了解纳米结构中的能量耗散和传输对于设计节能电路和能量转换系统具有重要意义。这也是一个丰富的领域，在电子，晶格（声子）和光学（光子）相互作用的交叉点的基本发现。本文综述了纳米固态结构中能量耗散和输运的研究进展。首先，调查了从纳米级晶体管（~10^-8 W）到大型数据中心（~ 10 ^9 W）的电力使用情况。然后，重点是在纳米电路，硅晶体管，碳纳米结构和半导体纳米线的能量耗散。稳态和瞬态热传输的概念也审查的上下文中的纳米器件与亚纳秒开关时间。最后，关于能量传输的最新方向进行了审查，包括纳米结构的导电性和导热性，热整流，无处不在的材料界面的作用。
2010-03-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Transport and relaxation of current-generated nonequilibrium phonons from nonlocal electronic measurements
我们研究声子产生的电流在铂纳米线，通过测量电阻的另一个纳米线从第一个隔离的绝缘间隔。对于薄间隔，电阻在低温下随电流几乎呈线性变化，而对于较厚的间隔出现额外的二次贡献。这些观察表明，非热分布的电流产生的声子，通过强非线性动力学过程，而不是少数声子散射放松。我们的研究结果提供了深入了解纳米尺度下的非平衡声子动力学，这可能有助于电子纳米器件的有效热管理。
2021-07-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Phonon-dominated energy transport in purely metallic heterostructures
我们使用超快X射线衍射来量化激光激发的纳米Au/Ni双层膜中的能量传输。Ni中的电子输运和有效的电子-声子耦合在几皮秒内将传导电子中的激光沉积能量转化为双层界面处热Ni和冷Au声子之间的强非平衡。随后的平衡动力学模型内的各种两个温度模型证实，对于金膜的热输运是占主导地位的声子，而不是传导电子，因为弱的电子-声子耦合在金。
2022-04-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Extreme light confinement and control in low-symmetry phonon-polaritonic crystals
本综述梳理低对称晶体中声子极化激元的研究进展，阐释对称性破缺对极化激元响应及纳米光传播的作用，并探讨其在拓扑物理、非线性调控等方向的新兴机遇。
2023-12-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
