纳米材料具备优异的力学特质，大要承受远超块体材料的应变，从而调度其物理/化学性能（如电子、光学、磁性、声子和催化活性）。基于力学应变工程，往日的商议优化想象了一系列前所未有的先进功能材料和器件，包括高移动率芯片、高智谋度光电探伤器、高温超导体、和高性能太阳能电板以及电催化剂等等。尽管对基于应更改控电子输运性能和能带结构等方面进行了世俗商议，但由于单一施加应变梯度而不引入其他浑浊要素（举例界面和劣势）的繁难，以及将纳米圭臬热输运测量与原子圭臬局域声子谱表征相连系的挑战，非均匀应变下的导热机制仍未被系统商议。这尤其令东说念主悔怨，因为精准热科罚被视为制约先进芯片和高端栽植服从和寿命的要害瓶颈。
针对这些挑战，北京大学工学院杨林商议员与北京大学物理学院高鹏素养、杜进隆高级工程师及西安交通大学岳圣瀛素养等东说念主提议了履行议论非均匀应力对导热调控的新计谋，他们揭示了均匀应力下不存在的，由应变梯度导致的独到声子谱扩张效应相等对导热的反常扼制情景。通过在好处的悬空微器件上周折单个硅纳米带（SiNRs）来诱发非均匀应变场，并利器具有亚纳米分别率的基于扫描透射电子显微镜的电子能量亏空谱（STEM-EELS）手艺表征局域晶格振动谱，他们的商议遣散知晓，0.112％/nm应变梯度将导致热导率（κ）权贵诽谤34±5％，这是先前文件中均匀应变下热导率调制遣散的3倍以上（图1）。联系职责以“Suppressed thermal transport in silicon nanoribbons by inhomogeneous strain”为题发表于Nature。
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图1. 非均匀应力对硅纳米带导热的权贵扼制情景。（a）履行测得的（实心象征）和表面模拟的（空腹象征）遣散标明，在均匀应变下，块体硅和硅纳米线的热导率基本保捏不变，而周折硅纳米带的测量遣散跟着应变的增多急剧飞腾（半填充）。（b）基于悬空热桥微器件的热导率测试旨趣默示图。（c）高分别透射电子显微镜知晓周折硅纳米带的单晶特质。（d）履行测得的周折硅纳米带相较于无应力样品的热导率诽谤百分比。
澳门太阳城博彩为了揭示应变对声子传输的影响，平直测量周折硅纳米带的局域声子谱，并表征沿应变梯度声子形式的演变情景口舌常必要的。与先前文件中不雅察到的在异质界面或劣势周围的EELS峰移不同，诓骗同期具备亚纳米级空间分别率和毫电子伏特（meV）能量分别率的STEM-EELS手艺，该职责初度表征了透澈受非均匀应更改控的声子形式，揭示了应变梯度下奇特的声子谱扩张效应（图2）。
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图2. 表征受应更改控的局域声子谱。（a）基于STEM-EELS的局域声子谱表征手艺默示图。带有弯折的周折硅纳米带HAADF图像（b）和EELS测量区域的放大视图（c）。（d）在不同位置（P1至P5）沿应变梯度测得的TA和TO声子形式的EELS谱。（e）周折硅纳米带的HAADF图像。（f）沿电子束移标的TA和TO声子形式的振动谱图。（g）在e中秀美的区域沿应变梯度测得的EELS谱线。
与均匀应变下每个声子支具有的特定单一线条色散关系不同，不均匀应变的存在导致了在给定波矢处的声子频率分散区间（图3）。这种奇特的声子谱扩张效应增多了声子频率的各种性，以得志声子-声子散射的能量守恒管理，因此加快了声子-声子散射率并裁汰了声子寿命，皇冠下注激勉了一种均匀应变不存在的全新声子散射机制。
图3.声子谱扩张增强声子散射率。（a）受应变梯度调制的声子色散默示图。（b）左侧，硅在不同弹性应变下的声子色散。右侧，应变梯度为0.118% /nm下声子谱扩张激勉的声子散射率，τsg−1。
2018澳门博彩收入通过开拓跨微米-原子圭臬的履行表征手艺，并连系第一性旨趣的表面模拟，该职责为永远以来筹备非均匀应变对声子传输影响的难题提供了要害踪迹。因此，这项商议不仅明晰地揭示了非均匀应变对固体导热的调制机理，况兼为基于应变工程的功能性器件的鼎新想象提供了紧迫念念路。举例，基于应变梯度引起的晶格热导率诽谤，与此前已施展的载流子移动率增强之间的协同作用，为开拓高性能的热电蜕变器件提供一种新颖计谋。此外，基于非均匀应更改制热导率可杀青功能性热开关器件，用于动态收尾热通量。
北京大学工学院杨林商议员和西安交通大学航天学院岳圣瀛素养是该论文的共同第一作家，杨林商议员，北京大学物理学院高鹏素养，电子显微镜履行室杜进隆工程师是共同通信作家。和洽者包括东南大学陈云飞课题组、北京大学戴兆贺课题组、北京大学宋柏课题组和好意思国范德堡大学Deyu Li课题组。
东莞博彩塑料北京大学杨林课题组主要商议标的为功能性热材料和器件，包括先进微纳结构想象制造，顶点圭臬导热微不雅机理表征与调控，超高温储热手艺研发，高性能热功能器件制备。商议遣散以第一作家或通信作家发表于Nature、Nature Nanotechnology、Science Advances、Nature Communications、Nano Letters等国际顶级期刊。杨林商议员入选2021年国度高级次国际后生东说念主才策画，得回2019 Nanoscale 年度精选热点著作，2020 PCCP 年度精选热点著作等奖项。课题组现招收热物理和热能利用标的博士和博士后，优秀者可推选恳求北京大学博雅博士后。
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著作贯穿：https://doi.org/10.1038/s41586-024-07390-4
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