MIT傳熱領域大牛教授被捕！讓我們來看看這位美國華人院士的工作

當地時間1月14日，美國工程院院士、麻省理工學院（MIT）教授陳剛因未能向美國能源部披露其在中國的工作和獲得的獎勵而被起訴和逮捕。在盤問6小時、筆錄25頁后，陳剛教授當天獲保釋。

陳剛是國際傳熱學的領軍人物，麻省理工學院機械工程系講席教授。

陳剛本科和碩士畢業于華中科技大學，1993年博士畢業于加州大學伯克利分校。陳剛先后擔任杜克大學機械工程與材料科學系助理教授、麻省理工學院機械工程系副教授和教授。2009年首次打破“黑體輻射定律”公式。2010年因為當選美國國家工程院院士。2012年當選美國物理學會會士。2013年擔任麻省理工學院機械工程系主任。

陳剛的研究涉及熱傳遞、納米技術和能源，主要包括微米和納米尺度能量轉換與能量傳輸機理的實驗、理論和數值計算；具有高和低導熱率的納米工程材料；熱輻射和電磁超材料；固體能量轉換系統、微機電系統、熱感應傳感器等。

這篇文章簡要盤點了2020年陳剛院士的一些工作，希望陳剛院士可以順利度過難關，繼續給我們帶來精彩的科研工作。

1.MIT陳剛&南方科技大學劉瑋書Science：室溫下離子明膠的巨大熱功率

將環境中的熱量收集為物聯網（IoT）傳感器供電，使它們擺脫電纜或電池的束縛，從而使其特別適用于可穿戴設備。MIT陳剛&南方科技大學劉瑋書利用協同熱擴散和熱電流效應，在一種柔性的準固態離子熱電材料中證明了每度開爾文17.0毫伏的巨大正熱功率。離子型熱電材料是一種明膠基質，其調制有離子提供劑（KCl，NaCl和KNO3）以實現熱擴散作用，氧化還原對[Fe(CN)₆^4–/Fe(CN)₆^3–]具有熱電流作用。一種概念驗證的可穿戴設備，由25個單極元件組成，它們利用人體熱量產生2伏以上的電壓，峰值功率為5微瓦。這種離子明膠顯示了使用離子作為能量載體的環境熱電能量轉換的前景。

文獻鏈接：

giant thermopower of ionic gelatin near room temperature.

(Science, 2020, DOI:10.1126/science.aaz5045)

2.MIT陳剛&波士頓學院David Broido：同位素富集的立方氮化硼中的超高導熱率

具有高導熱率（k）的材料具有技術重要性和基本意義。MIT陳剛&波士頓學院David Broido在立方晶氮化硼（cBN）晶體中控制了硼同位素的豐度，并在室溫下測量了富集¹⁰B或¹¹B的k大于1600瓦特/米開爾文。相比之下，作者發現磷化硼和砷化硼的k同位素增強顯著降低，因為相同的同位素質量紊亂對于聲子越來越不可見。超高k及其寬帶隙（6.2電子伏特）使cBN成為微電子熱管理，高功率電子和光電應用的有前途的材料。

文獻鏈接：

Ultrahigh thermal conductivity in isotope-enriched cubic boron nitride.

(Science, 2020, DOI:10.1126/science.aaz6149)

3.MIT陳剛：直接觀察大電子-聲子相互作用對聲子傳熱的影響

作為多體物理學的基本概念，電子-聲子相互作用對于理解和操縱各種電子，光子和能量轉換設備中的電荷和能量流至關重要。盡管在揭示聲子如何影響電子動力學方面已經取得了很大進展，但是直接觀察電子對聲子傳輸的影響（尤其是在環境溫度下）仍然是一項挑戰。

MIT陳剛使用改進的瞬態熱光柵技術探討了載流子在室溫下對聲子傳熱的影響。通過光學激發晶體硅膜中的電子-空穴對，可以選擇聲子與載流子相互作用的作用。光激發自由載流子增強的聲子散射會導致納秒級的熱導率大幅降低。這個研究提供了直接的實驗證據，證明電子-聲子相互作用在聲子傳熱中起難以捉摸的作用，這對于理解摻雜半導體中的熱傳導很重要。作者強調了使用光通過電子-聲子耦合動態控制熱傳輸的可能性。

文獻鏈接：

Direct observation of large electron–phonon interaction effect on phonon heat transport

(Nat. Commun., 2020, DOI:10.1038/s41467-020-19938-9)

4.MIT陳剛&上海大學駱軍、南方科技大學張文清：半導體玻璃具有出色的柔韌性和較高的室溫熱電性能

除金屬和某些層材料外，大多數結晶無機材料由于強的離子鍵或共價鍵而顯示出較差的柔韌性，而無定形材料通常由于結構紊亂而顯示出較差的電性能。MIT陳剛&上海大學駱軍、南方科技大學張文清報道了通過非晶化同時實現了基于Ag₂Te_1-xS_x的材料非凡的室溫柔韌性和熱電性能。非晶態主相和微晶的共存導致優異的柔韌性和超低晶格熱導率。此外，在載流子濃度為8.6×10¹⁸ cm^-3時，Ag₂Te_0.6S_0.4柔性玻璃在室溫霍爾遷移率約為750 cm²/V/s的情況下表現出簡并的半導體性能，至少約為一個數量級。由于熱電功率因數比其他無定形材料高，因此熱電功率因數也比已知的最佳無定形熱電材料高一個數量級。用這種材料制成的平面原型熱電發電機展示了其在柔性熱電裝置中的潛力。

文獻鏈接：

Semiconductor glass with superior flexibility and high room temperature thermoelectric performance.

(Science Advances, 2020, DOI:10.1126/sciadv.aaz8423)

5.MIT陳剛&Bilge Yildiz：具有電化學感應相變的SrCoOx中熱傳輸的雙向調節

與廣泛的電導率動態控制不同，不存在通過電勢調節熱導率的類似功能。假定插入到材料晶格中的原子純粹是作為熱載體的散射源，這只會降低熱導率。MIT陳剛&Bilge Yildiz表明，電化學控制氧化物中氧和質子的濃度提供了雙向控制熱導率的新能力。在將電化學方法將褐閃石SrCoO2.5氧化成鈣鈦礦SrCoO3-δ時，熱導率提高了2.5倍，而對其質子化以形成氫化SrCoO2.5則使熱導率降低了4倍。通過在單個設備中使用離子液體門控來觸發“三態”相變，可以在室溫下在近10±4倍的范圍內對導熱系數進行雙向調節。作者通過結合X射線吸收光譜法的化學和結構信息與熱反射率熱導率測量和從頭算計算，闡明了這些陰離子和陽離子物種的影響以及晶格常數和晶格對稱性對熱導率的影響。這種通過電學方法控制多種離子類型，多種相變和電子傳導性（跨越金屬直至氧化物在絕緣中的行為）的能力，為在大范圍內調節熱傳輸提供了新的框架。

文獻鏈接：

Bi-directional tuning of thermal transport in SrCoOx with electrochemically induced phase transitions.

(Nat. Mater., 2020, DOI:10.1038/s41563-020-0612-0)

6.MIT陳剛：平面I型磁性Weyl半金屬表面的內在不可逆反射和基爾霍夫輻射定律的違反

這項工作證明了基爾霍夫的輻射定律，表明在沒有外部磁場或諸如光柵之類的平面的情況下，表面的光譜定向發射率和吸收率在熱平衡時是相等的。對具有反對稱介電張量的I型磁性Weyl半金屬進行建模，由于貝里曲率和異常霍爾速度引起的表面互不極化，這里表現出本質上違反了基爾霍夫定律。這項工作提供了一種簡單的方法，可以從物理上了解違反基爾霍夫定律的情況。

文獻鏈接：

Intrinsic nonreciprocal re?ection and violation of Kirchhoff’s law of radiation in planar type-I magnetic Weyl semimetal surfaces.

(Physical Review B, 2020, DOI:10.1103/PhysRevB.102.165417)

7.MIT陳剛：I型Weyl半金屬中的大的不可逆的輻射吸收和發射，具有時間反轉對稱性破壞

在局部熱力學平衡下，物體的光譜定向發射率和吸收率之間的相等性稱為基爾霍夫輻射定律。打破時間反向對稱性在物理上允許破壞基爾霍夫輻射定律，并可能為不可逆的光發射器和吸收器打開機會。最近在拓撲Weyl半金屬（尤其是I型磁性Weyl半金屬和II型Weyl半金屬）中觀察到大的霍爾電導率和角度異常，預計會產生大的不可逆電磁波傳播。在這項工作中，MIT陳剛將重點放在I型磁性Weyl半金屬上，并通過建模和仿真表明，在沒有外部磁場的情況下，不可逆的表面等離激元極化子可導致明顯的不可逆性。這項工作中的建模始于一對Weyl節點，然后是具有多個成對的Weyl節點的更現實的模型。還通過表面電導率考慮了費米弧表面狀態。這項工作指出拓撲Weyl半金屬在磁光和能量應用中的應用前景。

文獻鏈接：

Large nonreciprocal absorption and emission of radiation in type-I Weyl semimetals with time reversal symmetry breaking.

(Physical Review B, 2020, DOI:10.1103/PhysRevB.101.165426)

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