哈工大全媒体（张又元 张薇/文 张薇/图）近日，能源科学与工程学院易红亮教授团队在微纳尺度声子热传导研究中取得重要进展，发现了通过长程关联无序结构促进低频声子局域化的新机制，相关研究成果以《通过长程关联无序促进SiGe合金纳米线中低频声子的安德森局域化》（Promoting Anderson Localization for Low-Frequency Phonons in SiGe Alloyed Nanowires with Long-Range Correlated Disorder）为题发表在国际期刊《美国化学学会纳米》（ACS Nano）上。
声子是热量在半导体和绝缘体中传输的主要载体，其输运特性决定了材料的热导率。如何有效调控低频声子的传热行为，是实现高性能热电材料与微纳热管理技术的关键科学问题。然而，低频声子具有长波长、难以被常规缺陷散射的特性，长期以来被认为难以在点缺陷系统中实现局域化。
针对这一难题，易红亮教授团队基于非平衡格林函数（NEGF）方法系统研究了SiGe合金纳米线中具有长程关联无序的原子分布对声子热输运的影响。研究发现，当Ge原子的空间分布呈现长程相关特征时，低于2 THz的低频声子热输运受到显著抑制，进而使得体系热导率降低高达60%，突破了传统瑞利散射定律（Rayleigh law）对低频声子散射的限制，在理论上突破性实现了点缺陷系统中低频声子的安德森局域化。进一步分析表明，强相关无序结构不仅使0.6-1.2 THz范围内的声子从扩散输运转变为局域态，还使0.6 THz以下的弹道声子发生扩散转变。这种由空间关联性诱导的局域化现象，使纳米线的热导率随长度增加先升高后降低，出现了明显的峰值，这是安德森局域化的典型特征。研究指出，通过调控合金中原子分布的空间关联性，可在低维系统中实现对声子热输运的有效调控，为未来SiGe等热电材料优化与纳米热管理提供了新的设计策略。
关联无序诱导的低频声子安德森局域化
哈工大为论文第一通讯单位，能源科学与工程学院博士研究生张薇为论文第一作者，易红亮教授、广东工业大学熊世云教授为论文通讯作者。能源科学与工程学院郭洋裕教授参与相关研究工作。
该研究获国家自然科学基金联合基金重点项目、国家自然科学基金面上项目等资助。
论文链接：https://doi.org/10.1021/acsnano.5c10006
