上海應物所&美國加州大學聯合發現黑磷烯反常各向異性熱輸運

材料各向異性的熱輸運對于實現本征各向異性的熱/熱電器件至關重要。普通體相材料因其聲子層間散射，熱輸運只能呈現各向同性。一直以來，二維材料（石墨烯和二硫化鉬等）被認為是實現層間各向異性的關鍵。但襯底支撐情況下，各向同性聲子散射會抹消二維材料自身的各向異性，從而使二維材料的熱輸運失去各向異性。

近日，中國科學院上海應用物理研究所的高嶷研究員和陳濟舸副研究員與美國加州大學戴維斯分校化學系的陳順達研究員合作，發現黑磷烯的熱輸運在襯底支撐情況下，其各向異性不但不會消失，反而比起懸空情況下增強了近兩倍。

黑磷烯中心激發的能量輸運的角分布函數：襯底導致各向異性的增強

通過分析黑磷烯熱輸運的微觀過程，揭示了反常的各向異性源于其獨特的折疊狀晶格結構：即Armchair手征的磷原子處在不同平面，熱輸運依賴于磷原子平面外起伏，從而在襯底的起伏抑制下強烈衰減；與之相反，Zigzag手征的磷原子處于同一平面，熱輸運不依賴于平面外起伏，從而對襯底不敏感；此消彼長，襯底進一步增強了熱輸運在Zigzag手征的角分布占比。

該研究成果有助于人們認識到晶格結構對二維材料性質的重要影響，為設計基于黑磷烯的各向異性熱/熱電器件和構造具有魯棒性的各向異性熱導復合材料提供了重要參考。

該項研究得到中國科學院、上海應用物理研究所、國家自然科學基金委、上海市科委等單位的共同支持。相關研究成果發表在物理化學快報上（J. Phys. Chem. Lett. 2016, 7, 2518-2523）（IF=8.539）。

文獻鏈接：Anisotropy Enhancement of Thermal Energy Transport in Supported Black Phosphorene

本文由米婭供稿，材料牛編輯整理。

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