界面传热是影响器件散热效果的关键因素，而声子作为主要的热载流子，在界面传热过程中扮演重要角色。前人研究表明，由于频率和散射机制的差异，不同声子模式在材料导热过程中的贡献不同。
对于界面传热，不同声子模式也发挥不同的作用。然而，由于尺度的限制，针对界面传热的实验研究较难。不同声子模式对界面传热的影响机理处于未知，多数文献为模拟仿真结果，实验测量结果相对较少。
近来，武汉大学李东升、黄小娜和湖南大学刘泽宇等人，利用拉曼热测量方法（图1），测量了二硫化钼/硅异质结构的界面热传输特性，研究了不同光学声子模式对界面传热测量的影响。
图1. 稳态拉曼光谱热测量示意图
实验发现，激光作用下，面内光学声子和面外光学声子模式表现出不同的温升，反映了这两种光学声子模式在传热过程中的响应不同。分析发现，通过面外光学声子模式测得的薄膜热导率比面内光学声子模式高26.9%，而界面热导值则低21.5%（图2）。分析认为，面内光学声子模式具有更好的界面传热特性，而面外光学声子模式与衬底在平面内热输运中的强耦合对垂直热输运的贡献较低。
图2 (a)和(b) 不同激光光斑作用下材料拉曼峰随激光功率变化；(c)光在薄膜与基底之间多次反射；(d) 面内和面外声子模式对应界面热导和薄膜面内热导率测量结果
研究团队进一步计算了声子态密度，揭示了不同光学声子模式作用于界面传热的影响机理。结果发现，与面外光学声子模式相比，界面处面内光学声子的声子态密度失配更小（图3），在界面处具有更好能量耦合效果。
图3 界面材料的声子态密度计算结果
团队介绍
第一作者：李东升、黄小娜、刘泽宇。
李东升，武汉大学动力与机械学院博士研究生，主要从事微尺度热测量相关研究。
黄小娜，香港城市大学博士，武汉大学讲师，开展涂层热测量及模拟、释能超快反应等方面研究，在APL、国际传热传质等期刊发表论文30余篇。主持和参与了国家重点研发计划、国自然基金、装发快速扶持项目等，入选“武汉英才”人才计划。
刘泽宇，美国圣母大学博士，湖南大学副教授，主要从事第一性原理计算方面研究，以第一作者/通讯作者身份在Sci. Adv等期刊发表SCI论文20余篇，并担任Mater. Today Phys、Int. J. Heat Mass Transfer等期刊审稿人。
通讯作者：岳亚楠，武汉大学教授、博导，动力工程系主任，从事微纳尺度导热相关研究。主持国家重点研发计划、国自然基金及湖北省杰青项目等。
文章信息
Divergent interfacial thermal transport in MoS2/Si heterostructure over optical phonon modes
Dongsheng Li#, Xiaona Huang#, Zeyu Liu#, Wenxaing Liu, Shen Xu, Yanan Yue*
Appl. Phys. Lett. 123, 252201 (2023)
https://doi.org/10.1063/5.0180595
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期刊介绍
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