美國能源部-勞倫斯伯克利國家實驗室(伯克利實驗室)的一個團(tuán)隊進(jìn)行了一項關(guān)于黑磷納米帶的實驗，他們的新發(fā)現(xiàn)或許為這種非常有前景的材料在電子設(shè)備、光電子設(shè)備、熱電子設(shè)備中的應(yīng)用打下了堅實的基礎(chǔ)。他們證實在這種材料中，導(dǎo)熱性沿著之字形方向和扶手椅方向存在很強的平面內(nèi)各向異性。
Junqiao Wu 是一位伯克利實驗室材料科學(xué)部與加州大學(xué)伯克利分校材料科學(xué)工程系聯(lián)合聘請的物理學(xué)家，他說道：“我們可以把黑磷晶格想象成小球通過彈簧聯(lián)結(jié)而成的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，在網(wǎng)格中，平面內(nèi)其中一個方向要比另一個方向柔軟一些。我們的研究顯示在黑磷納米帶中，如果施加同樣的熱流，平面不同方向上的表現(xiàn)存在很大的區(qū)別。這種二維黑磷晶體中的導(dǎo)熱各向異性在之前的理論研究中已經(jīng)被預(yù)測過，但在這項實驗之前從沒有被觀測到過。”
Wu是這項研究的相關(guān)作者。這篇名為《黑磷納米帶在100K以上溫度的平面內(nèi)導(dǎo)熱各向異性研究》發(fā)表在了《Nature Communications》雜志上。它的主要作者是Sangwook Lee和Fan Yang。
黑磷是以它不尋常的顏色來命名的。它是一種天然的半導(dǎo)體，之中的能量帶隙可以作為電導(dǎo)率的開關(guān)。理論已經(jīng)證實，相對于石墨烯而言，黑磷有相反的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性的各向異性，換句話來說，當(dāng)熱在某一個方向具有很好的傳導(dǎo)性的時候，電在這個方向上的傳導(dǎo)性很低，反之亦然。這種各向異性在設(shè)計高效的晶體管或者熱電子設(shè)備時將會有很大幫助。不幸的是，實驗證實這種材料對于樣品加工和測量精度的要求很高，所以在應(yīng)用方面依然面臨挑戰(zhàn)。
“我們先用激光光刻技術(shù)制造出黑磷納米帶，然后用懸掛的微型保護(hù)層來使納米帶相對于環(huán)境達(dá)到熱隔絕條件，這樣單個納米帶的溫度梯度和導(dǎo)熱系數(shù)就可以精確測量，”Wu說道。“我們還做了額外的工作，我們改造了納米帶和與之相連電極之間的接口，保證接觸電阻和接觸熱阻都是可忽略不計的，這對這種實驗至關(guān)重要。”
Wu和他的同事計劃接下來繼續(xù)用他們的實驗平臺研究黑磷納米帶在不同場合下導(dǎo)熱性的變化，如異面、相變以及疇界結(jié)構(gòu)。此外，他們還希望研究在應(yīng)力，應(yīng)變等不同物理條件對其導(dǎo)熱性的影響。
