美國橡樹嶺國家實驗室的研究人員觀察到，在扭曲的晶體中，原子的振動會產生纏繞的高能波，從而控制熱量的傳輸，這一發現有助于新材料更好地管理熱量。圖片來源：Jill Hemman/橡樹嶺國家實驗室
美國能源部橡樹嶺國家實驗室研究人員的一項發現或有助于設計更好地控制熱量的材料。相關研究近日發表于《今日材料物理》。
準粒子物理學奠定了人們對材料微觀動力學行為的理解，這些微觀動力學行為控制著大量的性質，包括結構穩定性、激發態和相互作用、動態結構因素以及電子和聲子電導率。因此，理解能帶結構和準粒子相互作用是研究凝聚態物質的基礎。
在這項研究中，作者提出了非同構手性和非手性材料中準粒子（包括聲子和布洛赫電子）的“扭曲”動力學描述。這類材料通常具有結構復雜、耐熱性強和高效的熱電性能，可用于廢熱捕捉和清潔制冷技術。
文章通訊作者、該實驗室研究員Raphael Hermann與合作者研觀察到，在扭曲的晶體中振動的原子驅動著攜帶熱量的高能波，就像開瓶器驅動著瓶塞一樣。
“結構螺旋使海浪旋轉。”Hermann說，他與合作者利用中子散射來觀察扭曲晶體中的波行為。
接下來，該實驗室的Lucas Lindsay將波的行為，即角動量守恒，寫進了一個模型中。隨后，該實驗室的Rinkle Juneja將這個模型應用于十幾種材料。
“對扭曲系統的新理解有助于人們確定熱量是如何在其中移動的。”Lindsay說，“利用這一知識，我們正在尋找能更好地在微電子學中攜帶熱量或阻隔熱量的材料，比如在保溫瓶中，讓咖啡保持熱度或讓啤酒保持低溫。”
相關論文信息：
https://doi.org/10.1016/j.mtphys.2021.100548