新型半导体在压力下的惊人传热行为

当材料承受非常高的压力时，其导热率通常会增加。 但加州大学洛杉矶分校的研究人员（加州大学洛杉矶分校) 发现砷化硼的情况恰恰相反——这是一种新发现的半导体，在热管理应用和先进电子设备方面显示出巨大潜力。 这一发现可能会改变我们对极端条件下热传输的思考方式，例如在地球内部发现的极端条件下，无法进行直接测量。

研究人员由 胡永杰, 对放置在砧室中两颗钻石之间的砷化硼样品施加静水压力。 然后，他们研究了晶格的原子振动（声子，热量通过材料传递的主要方式）如何随着高达 32 GPa 的压力增加而变化。 为此，他们采用了各种超快光学测量，包括拉曼光谱和非弹性 X 射线散射。 该团队发现，在极高的压力下——比海底压力高数百倍——砷化硼的热导率开始下降。

Hu 和同事，他们在报告他们的工作 自然, 将他们观察到的异常高压行为归因于压力增加时热量通过砷化硼晶体传播的竞争方式可能造成的干扰。 在这种情况下，竞争是三声子和四声子散射过程之间的竞争。 在大多数常见材料中，观察到相反的效果：随着压力将原子挤压得更近，热量通过结构的速度更快，逐个原子。

内部热窗口的机制

结果还表明，材料的热导率可以在阈值压力范围后达到最大值。 “我们很高兴看到这一发现打破了极端条件下传热的一般规律，它指出了新的基本可能性，”胡说 物理世界，“这项研究还可能影响我们对动态行为（例如行星内部）的既定理解。 甚至可能对外太空探索和气候变化产生影响。”

在“奇迹”半导体中发现长寿命的热电子

胡的同事，共同作者 艾比卡夫纳 补充说：“如果适用于行星内部，我们的研究结果可能会提出一种内部‘热窗’机制——行星内的一个内层，其热流机制不同于其下方和上方的机制。”

胡说，可能还有其他材料在打破经典规则的极端条件下经历同样的现象。 事实上，新发现可能有助于开发用于智能能源系统的新型材料，这些材料具有内置的“压力窗口”，使系统仅在一定压力范围内开启，然后在达到最大压力点后自动关闭。

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• Sumber: https://physicsworld.com/a/surprising-heat-transfer-behaviour-seen-in-new-semiconductor-under-pressure/