发布时间：2017-06-14
《Nature Communications》近期发表了以我院博士生胡世谦为共同第一作者、陈杰研究员为共同通讯作者的研究论文“Experimental study of thermal rectification in suspended monolayer graphene” 。
电传导和热传导是自然界中两种最基本的能量输运方式，电子学的迅猛发展已经极大地推动了人类文明和社会的进步。近年来，我院声子学与热能研究团队通过对微纳结构中声子输运的研究发现，声子可以像电子那样用来携带和传递信息，提出了热二极管、热三极管、热逻辑门、热存储器等一系列元器件模型，“声子学” 这一全新的研究领域逐渐引起人们的关注。然而，作为基本元器件的热二极管，之前实验工作测得的热整流效率仅为7%，极大地限制了其实际应用。
陈杰研究员与日本九州大学、清华大学相关课题组合作，首次在二维材料石墨烯中实验实现了高达26%的热整流，成为该领域重要研究进展。通过聚焦离子束刻蚀，他们在宽度均匀的单层石墨烯一端引入直径约100纳米的微孔，形成局部有缺陷的石墨烯。由于缺陷石墨烯和本征石墨烯热导率具有完全不同的温度响应，他们在三组具有不同缺陷的单层石墨烯样品中均测量得到约26%的热整流。此外，他们还发现不对称的声子局域化是导致热整流的另一种机制。在实验中，他们通过在矩形石墨烯一端堆积碳原子，或者利用聚焦离子束刻蚀形成具有梯形边界的石墨烯，引入结构不对称性，在微米尺度的样品中实验测得的热整流约为10%。分子动力学模拟进一步发现，结构不对称性导致了声子在正反两个方向具有不同的局域化强度，并且热整流效率随样品尺度的减小而增大。
该项研究得到了同济大学“领航计划”以及上海市自然科学基金的资助，论文发表在Nature Communications 8, 15843 (2017)，DOI: 10.1038/ncomms15843。
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