美国能源部首次观测到了原子重排效应所产生的“相子” 学术资讯

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▲对于硅钛钡石晶体中晶格激发现象的中子散射研究揭示了一种加快热传导速度的方法。

据《自然·通讯》5月上旬刊发的一篇研究论文称，美国能源部下属橡树岭国家实验室（Oak Ridge National Laboratory）的研究人员首次观测到了原子重排效应所产生的波，这种被称为“相子”（起伏量子）的声波，是通过晶体中一个振动的晶格来进行超音速传播的，这一发现可以极大地改善和提高绝缘体的导热性能，并在未来为电子设备的热量管理提供新的策略。

该论文的主要作者迈克尔·曼利（Michael Manley）介绍道：“这一发现提供了一种不同的方式来控制热量的传导流动，它在传导物质中开辟了一条捷径——一种能以比声子（振动量子）更快的速度来传输纯原子运动能量的方法。这一更为快捷手段可能将为纳米材料的热量管理开启更多可能，例如，可以制造出一种热力断路器。”

科学家们采用中子散射法测量了相子，而所得到的速度要比纵向声波和横向声波的自然“速度极限”分别快2.8倍和4.3倍。曼利说：“我们没想到它们的速度会这么快，并且还不会衰减。”为了防止电路短路，电子设备中的绝缘体是必须的，然而如果没有自由电子，热量传输只能限于原子运动所产生的能量。因此，了解绝缘体中原子运动产生的热传递是非常重要的。研究人员在一种名为“硅钛钡石”（fresnoite，最早于美国加州的Fresno市被发现而由此得名）的晶体矿物中进行中子散射实验，该材料具有将机械应力转化为电场的压电特性，而这使其在传感器应用方面具有广阔的前景。

硅钛钡石有一个灵活的框架结构，它能生成与晶体底层结构顺序不一致的原子排列顺序，比如底层结构上铺的一层不相吻合的瓷砖。相子是与晶体中原子重新排列时所产生的激振，它对于波的相位的改变就是对其结构中不吻合特征的反映。相位差在晶格的褶皱中逐渐积累起来，形成了孤子——一种孤立波——它在传播时不仅几乎没有能量损失，而且还能保持它的波形。另外，它还可以使介质中的环境发生变形，从而让它比声音传播得还要快。曼利指出：“孤子是晶体中一个非常畸形的区域，原子的位移很大，“力-位移”关系不再是线性的。在孤子内部，介质材料的刚度得到增强，从而加快了能量的传递。”

在接下来实验中，研究人员将探索其它与硅钛钡石相类似、可以对相子进行旋转的晶体。他们还将验证的是，对电场施加压力是否可以改变它的旋转，以及改变温度是否可以改变它的性能。

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编译：Jonathan 审稿：编辑：

来源：https://scitechdaily.com/scientists-make-first-observations-of-phasons/