固体质料的晶格热导率是其主要的本征性子之一，，在多个领域决议了质料的性能优劣，，如需要低晶格热导率的热电领域。。。。热电领域中关于晶格热导率的明确恒久基于Slack模子的这一简化公式，，而Slack模子决议的低热导率机制主要集中于低声速、大晶格非谐以及重大晶体结构等，，形成了固有的研究思绪。。。。从21世纪以来，，现代晶格热导率理论盘算中自然演化出的看法——由低频光学声子引起的大的散射相空间，，是Slack模子中不保存的一种新的低热导率机制。。。。并且通过对低频光学声子振动模式的剖析，，还可以获得与质料特有振动行为的认知。。。。这类通过关于质料声子特征理论明确开展的事情虽有前期报道，，但仍未获得热电领域的重视。。。。
威廉希尔质料基因组工程研究院杨炯教授团队通过对低频光学声子的深刻明确，，与多家着名单位相助，，揭晓多篇顶级刊物。。。。详细效果如下：
一、在与中国科学手艺大学（合肥微标准物质科学国家研究中心）肖翀教授团队的细密相助中，，研究发明了非层状的正交晶系化合物PbSnS3中化学键强度的不匀称漫衍，，这一特征导致其显著的热导率各向异性，，甚至逾越许多古板层状质料。。。。该效果以杨炯教授团队对声子结构和各向异性热输运品级一性原理盘算为主要剖析手段，，视察到PbSnS3低频光学支模式的整体振动行为及其与声学支的强耦合，，该整体振动行为通常仅泛起在层状质料中。。。。进一步剖析发明，，Pb原子的孤对电子导致Pb-S键强度介于共价键/离子键和范德华力之间，，促成了PbSnS3中类似层状质料的自力振动单位的形成，，从而爆发了显著的各向异性热导率。。。。这一发明不但拓宽了高各向异性热导率质料的探索规模，，也为热治理手艺的生长提供了新的思绪。。。。该效果在以“Maldistribution of chemical bond strength inducing exceptional anisotropy of thermal conductivity in non-layered materials”为题，，在《Angewandte Chemie International Edition》（IF=16.1）上揭晓。。。。
图（a）PbSnS3的热导率各向异性。。。。（b）PbSnS3单晶差别温度下的热导率各向异性。。。。（c）经典热治理质料在室温下的热导率各向异性比值。。。。（d）PbSnS3的声子谱及声子态密度。。。。（e）PbSnS3低频光学支的振动模式示意图。。。。
二、继前期相助之后，，杨炯教授团队与肖翀教授团队再次携手，，在《Journal of the American Chemical Society》（IF=14.4）上揭晓了题为“Interlayer Phonon Coupling from Heavy and Light Sublayers in a Natural Van der Waals Superlattice”的研究效果。。。。该研究展现了范德华超晶体质料中超低热导率的起源。。。 ；；诙猿逯柿虾湍柑逯柿仙咏峁购驼穸Ｊ降牡谝恍栽砼趟阌肫饰，，在超晶体中发明重亚层声学声子与轻亚层低频光学声子之间保存强烈耦合，，该耦合导致声子散射相空间降低，，增强声子散射历程，，从而降低质料的热导率。。。。别的超晶格质料中还爆发了差别于母体质料的新层间振动模式，，体现出更低的声速，，进一步降低了对热转达的孝顺。。。。这一发明不但为明确超晶格结构中声子色散的影响提供了新的看法，，并且为开发针对热治理的功效性子料提供了指导。。。。
图（a）超晶格和母体质料差别偏向的热导率随温度转变。。。。（b）超晶格在0~1.5 THz区域的声子色散，，其中红色为SnS2亚层的孝顺。。。。（c）-（e）为超晶格结构引入的三种代表性的新层间振动模式。。。。
三、另外，，杨炯教授团队与上海交通大学物理与天文学院马杰教授团队及质料学院魏自然教授团队相助，，在InSe塑性变形机制与力-热耦合研究方面取得希望，，相关效果“Uncovering the phonon spectra and lattice dynamics of plastically deformable InSe van der Waals crystals”揭晓在著名国际期刊《Nature Communications》（IF=14.7）上。。。。该事情聚焦接纳中子散射实验与理论剖析相连系的要领，，剖析了InSe晶体层间塑性滑移、晶格非谐性、热输运性子之间的关系。。。。在InSe范德华晶体中低频光学声子与声学声子沿Γ-M偏向大致平行，，泛起“嵌套效应”，，进而开启更多的声子散射路径，，显著增强三声子相互作用强度。。。。声子共振散射和嵌套效应使得软模声子被强烈散射而体现出大的声子线宽，，而强非谐性声子显著影响质料的热输运特征。。。。该事情为无机塑性半导体质料的力学/变形行为和物理性能的耦合关联研究建设了典范树模，，也为层状三维晶体和二维质料的物性调控提供了新的思绪。。。。
图(a) [K-K0]和(c) [HH0]偏向的声子谱（200 K），，其中白线为AIMD盘算的声子谱，，虚线为“消逝”或过阻尼的ZA支 ；；(c)声子寿命对能量的依赖关系：蓝色为实验值，，紫色为盘算值 ；；实心为200 K数据，，空心为50 K数据 ；；(d) Cp/?3与温度的关系 ；；(3)面内和面外热导率随温度的转变曲线。。。。
四、在与肖翀教授团队的一连相助中，，最新研究效果在《National Science Review》（IF=16.3）揭晓，，题为“Extremely low lattice thermal conductivity in light-element materials”，，该研究报道了轻元素低钾化合物KCu4Se3（KCu4S3）中的低晶格热导率。。。。真相助事情发明在简朴的square-net晶格中，，KCu4Se3（KCu4S3）展现出奇异的分层结构，，这一结构增添了化学键的重大性，，并爆发了几何形状差池称的子晶格，，导致声子谱更为平展，，声子-声子相互作用显著增强，，展现出与重元素化合物相当的声子-声子相互作用强度与强非谐性。。。。通过第一性原理盘算，，展现了KCu4Se3中低频光学声子的显著重叠征象，，甚至与声学声子分支爆发交织，，为三声子散射历程提供了大宗的散射通道，，指示了质料中强烈的声子散射。。。。这些特征配合导致KCu4Se3的极低晶格热导率。。。。这项研究不但突破了轻元素质料难以实现极低晶格热导率的古板认知，，并且为设计新型低晶格热导率质料提供了新的思绪和战略。。。。
图（a）KCu4Se3的声子谱。。。。（b）KCu4Se3的声子态密度。。。。（c）KCu4Se3的三声子散射相空间。。。。（d）KCu4Se3的格林艾森常数。。。。
上述事情中，，质料基因组工程研究院的戴胜男博士、博士生刘璐、硕士结业生林一飞为配合第一作者，，杨炯教授均为论文的配合通讯作者。。。。在刚刚竣事的2024天下热电大会（重庆）中，，杨炯教授作为特邀嘉宾，，为热电领域宽大学生分享了他多年在热电领域第一性原理盘算与实验的相助履历。。。。讲座中再次强调了低频光学声子带来的大散射相空间关于低热导率的主要性，，希望整个热电领域的下一代事情者从启蒙阶段就从越发周全的角度明确热输运历程。。。。
图为杨炯教授在2024年天下热电大会中作为特邀嘉宾做会前科研培训讲座。。。。
