近日，中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所中國(guó)散裂中子源(CSNS)譜儀數(shù)據(jù)分析團(tuán)隊(duì)與合作者利用中子散射實(shí)驗(yàn)技術(shù)以及理論計(jì)算探究了熱電材料CsAg5Te3的結(jié)構(gòu)和聲子動(dòng)力學(xué)，解釋了該有序晶體的異常低熱導(dǎo)機(jī)制，成果以《Strong low-energy rattling modes enabled liquid-like ultralow thermal conductivity in a well-ordered solid》為題發(fā)表在國(guó)內(nèi)高水平期刊《國(guó)家科學(xué)評(píng)論》（National Science Review）上。
固體材料中的熱傳導(dǎo)由橫波和縱波聲子共同參與，而液體熱輸運(yùn)主要由縱波聲子來實(shí)現(xiàn)。因此，通常情況下，固體的導(dǎo)熱效果比液體強(qiáng)。研究團(tuán)隊(duì)依托大科學(xué)裝置CSNS的多物理譜儀(MPI)，充分結(jié)合第一性原理計(jì)算、中子衍射實(shí)驗(yàn)及非彈性實(shí)驗(yàn)、玻爾茲曼輸運(yùn)理論等，對(duì)一種低熱導(dǎo)晶體材料進(jìn)行了詳細(xì)的結(jié)構(gòu)和聲子動(dòng)力學(xué)研究，在有序晶體CsAg5Te3中觀測(cè)到了類液體的聲子輸運(yùn)行為。在MPI開展的中子衍射及對(duì)分布函數(shù)(PDF)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該材料在8-700K寬溫區(qū)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，沒有發(fā)生結(jié)構(gòu)相變也沒有超離子態(tài)轉(zhuǎn)變。該工作說明在不摻雜等調(diào)控手段下，有序晶體材料本征的結(jié)構(gòu)特征就可以導(dǎo)致強(qiáng)聲子散射，從而在無機(jī)晶態(tài)材料中實(shí)現(xiàn)超低熱導(dǎo)，為理解低晶格熱導(dǎo)提供了重要的指導(dǎo)，同時(shí)也為設(shè)計(jì)熱電材料、熱管理器件、熱障涂層及熱絕緣體等提供了思路。
高能所王保田副研究員和南方科技大學(xué)何佳清教授為論文共同通訊作者，高能所譜儀數(shù)據(jù)分析團(tuán)隊(duì)劉鵬飛副研究員和物理所李西陽博士為該工作的共同第一作者。該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委、廣東省、深圳市等的資助和支持。
論文鏈接：https://doi.org/10.1093/nsr/nwae216
