相子提高不相称晶体的热导率

美国物理学家获得了对相子（可在不相称晶体中发现的准粒子）奇异热行为的新见解。 所做的实验 迈克尔·曼利 田纳西州橡树岭国家实验室的同事们已经展示了这些准粒子如何在通过这些不寻常的材料传输热量方面发挥重要作用。

相子是类声子准粒子，由不相称晶体中原子的集体运动产生。 这些材料可以使用两个或多个子晶格来描述，其中子晶格的周期间距之间的比率不是整数。 相子的产生和传播涉及子晶格的相对方向（或相位）的变化，因此得名准粒子。

在晶体材料中，当能量沉积在材料中导致原子振动时，会产生称为声子的准粒子。 然后声子可以穿过晶格，携带热量。 因此，声子在材料中的热量传递方式中发挥着重要作用——尤其是在电子传导热量很少的绝缘体中。

一段时间以来，物理学家预测相子应该在增强不相容晶体的热流方面发挥关键作用。 事实上，与声子不同的是，相子在材料内部的传播速度可以超过声速，而且散射应该比声子少——这两者都应该增强它们的载热能力。

未知的生命

然而，不相称晶体在自然界中很少见，因此几个关键的相子特征仍然知之甚少。这包括准粒子的寿命，以及它们在相互散射之前可以行进的平均距离。

为了探索这些特性，Manley 的团队检查了一种称为弗雷诺石的不相称晶体。 他们使用以下方法进行了非弹性中子散射实验 超高规格 橡树岭的光谱仪 散裂中子源 （见图）。 中子是此类研究的理想探测器，因为它们与相子和声子相互作用。 该团队还测量了材料的热导率。 他们的实验证实，相子对通过弗雷诺石的热流做出了重大贡献。 事实上，他们发现在室温下，相子对材料热导率的贡献大约是声子的 2.5 倍。

可以通过“自我修复”制造大的、无缺陷的准晶体

该团队发现相子平均自由程大约是声子平均自由程的三倍——这与相子的超音速有关。 此外，相子对弗雷诺石热导率的贡献在室温附近达到峰值，远高于声子贡献达到峰值的温度。

Manley 及其同事希望他们的发现能够为弗雷石和其他不相称晶体在高级热管理和温度控制应用中开辟新的机会。 这些材料甚至可以用于热逻辑电路，它可以通过热流传递信息。 如果与传统电子设备集成，这种混合系统可用于回收通过耗散损失的热量，从而提高现代计算系统的效率。

该研究描述于 “物理评论快报”.

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• Sumber: https://physicsworld.com/a/phasons-boost-thermal-conductivity-of-incommensurate-crystals/