固体资料的晶格热导率是其沉要的本征性质之一，在多个领域决定了资料的机能曲直，如必要低晶格热导率的热电领域。热电领域中对于晶格热导率的理解持久基于Slack模型的这一简化公式，而Slack模型决定的低热导率机造重要集中于低声速、大晶格非谐以及复杂晶体结构等，形成了固有的钻研思路。从21世纪以来，现代晶格热导率理论推算中天然演化出的概想——由低频光学声子引起的大的散射相空间，是Slack模型中不存在的一种新的低热导率机造。并且通过对低频光学声子振动模式的分析，还能够获得与资料特有振动行为的认知。这类通过对于资料声子个性理论理解发展的工作虽有前期报路，但仍未得到热电领域的器沉。

亿万先生MR资料基因组工程钻研院杨炯教授团队通过对低频光学声子的深刻理解，与多家驰名单元合作，颁发多篇顶级刊物。具体成就如下：

一、在与中国科学技术大学（岳阳微尺度物质科学国度钻研中心）肖翀教授团队的缜密合作中，钻研发现了非层状的正交晶系化合物PbSnS₃中化学键强度的不均匀散布，这一个性导致其显著的热导率各向异性，甚至超过很多传统层状资料。该成就以杨炯教授团队对声子结构和各向异性热输运等第一性道理推算为沉要分析伎俩，观察到PbSnS₃低频光学支模式的集体振动行为及其与声学支的强耦合，该集体振动行为通常仅呈此刻层状资猜中。进一步分析发现，Pb原子的孤对电子导致Pb-S键强度介于共价键/离子键和范德华力之间，促成了PbSnS₃中类似层状资料的独立振动单元的形成，从而产生了显著的各向异性热导率。这一发现不仅拓宽了高各向异性热导率资料的索求领域，也为热治理技术的发展提供了新的思路。该成就在以“Maldistribution of chemical bond strength inducing exceptional anisotropy of thermal conductivity in non-layered materials”为题，在《Angewandte Chemie International Edition》（IF=16.1）上颁发。

图（a）PbSnS₃的热导率各向异性。（b）PbSnS₃单晶分歧温度下的热导率各向异性。（c）经典热治理资料在室温下的热导率各向异性比值。（d）PbSnS₃的声子谱及声子态密度。（e）PbSnS₃低频光学支的振动模式示意图。

二、继前期合作之后，杨炯教授团队与肖翀教授团队再次携手，在《Journal of the American Chemical Society》（IF=14.4）上颁发了题为“Interlayer Phonon Coupling from Heavy and Light Sublayers in a Natural Van der Waals Superlattice”的钻研成就。该钻研揭示了范德华超晶体资猜中超低热导率的发源；诙猿遄柿虾湍柑遄柿仙咏峁购驼穸Ｊ降牡谝恍缘览硗扑阌敕治，在超晶体中发现沉亚层声学声子与轻亚层低频光学声子之间存在强烈耦合，该耦合导致声子散射相空间降低，加强声子散射过程，从而降低资料的热导率。此表超晶格资猜中还产生了分歧于母体资料的新层间振动模式，阐发出更低的声速，进一步降低了对热传递的贡献。这一发现不仅为理解超晶格结构中声子色散的影响提供了新的见解，并且为开发针对热治理的职能性资料提供了领导。

图（a）超晶格和母体资料分歧方向的热导率随温度变动。（b）超晶格在0~1.5 THz区域的声子色散，其中红色为SnS2亚层的贡献。（c）-（e）为超晶格结构引入的三种代表性的新层间振动模式。

三、另表，杨炯教授团队与上海交通大学物理与天文学院马杰教授团队及资料学院魏天然教授团队合作，在InSe塑性变形机造与力-热耦合钻研方面获得进展，有关成就“Uncovering the phonon spectra and lattice dynamics of plastically deformable InSe van der Waals crystals”颁发在驰名国际期刊《Nature Communications》（IF=14.7）上。该工作聚焦选取中子散射尝试与理论分析相结合的步骤，阐了然InSe晶体层间塑性滑移、晶格非谐性、热输运性质之间的关系。在InSe范德华晶体中低频光学声子与声学声子沿Γ-M方向大体平行，出现“嵌套效应”，进而开启更多的声子散射蹊径，显著加强三声子相互作用强度。声子共振散射和嵌套效应使得软模声子被强烈散射而阐发出大的声子线宽，而强非谐性声子显著影响资料的热输运个性。该工作为无机塑性半导体资料的力学/变形行为和物理机能的耦合关联钻研成立了典型示范，也为层状三维晶体和二维资料的物性调控提供了新的思路。

图(a) [K-K0]和(c) [HH0]方向的声子谱（200 K），其中白线为AIMD推算的声子谱，虚线为“隐没”或过阻尼的ZA支；(c)声子寿命对能量的依赖关系：蓝色为尝试值，紫色为推算值；实心为200 K数据，空心为50 K数据；(d) C_p/?³与温度的关系；(3)面内和面表热导率随温度的变动曲线。

四、在与肖翀教授团队的持续合作中，最新钻研成就在《National Science Review》（IF=16.3）颁发，题为“Extremely low lattice thermal conductivity in light-element materials”，该钻研报路了轻元素低钾化合物KCu₄Se₃（KCu₄S₃）中的低晶格热导率。本合作工作发此刻单一的square-net晶格中，KCu₄Se₃（KCu₄S₃）展示出怪异的分层结构，这一结构增长了化学键的复杂性，并产生了几何状态不合称的子晶格，导致声子谱更为平展，声子-声子相互作用显著加强，展示出与沉元素化合物相当的声子-声子相互作用强杜纂强非谐性。通过第一性道理推算，揭示了KCu₄Se₃中低频光学声子的显著沉叠景象，甚至与声学声子分支产生交叉，为三声子散射过程提供了大量的散射通路，批示了资猜中强烈的声子散射。这些个性共同导致KCu₄Se₃的极低晶格热导率。这项钻研不仅突破了轻元素资料难以实现极低晶格热导率的传统认知，并且为设计新型低晶格热导率资料提供了新的思路和战术。

图（a）KCu₄Se₃的声子谱。（b）KCu₄Se₃的声子态密度。（c）KCu₄Se₃的三声子散射相空间。（d）KCu₄Se₃的格林艾森常数。

上述工作中，资料基因组工程钻研院的戴胜男博士、博士生刘璐、硕士毕业生林一飞为共同第一作者，杨炯教授均为论文的共同通讯作者。在刚刚实现的2024全国热电大会（沉庆）中，杨炯教授作为特邀嘉宾，为热电领域宽大学生分享了他多年在热电领域第一性道理推算与尝试的合作经验。讲座中再次强调了低频光学声子带来的大散射相空间对于低热导率的沉要性，但愿整个热电领域的下一代工作者从启蒙阶段就从越发全面的角度理解热输运过程。

图为杨炯教授在2024年全国热电大会中作为特邀嘉宾做会前科研培训讲座。