同济大学陈杰课题组在范德华异质结热输运领域取得重要进展

图（a） Graphene/h-BN范德华异质结和模拟设置示意图；图（b） 界面热导随层间旋转角度的变化关系；图（c） 不同旋转角度下石墨烯层的表面起伏；图（d） 不同旋转角度下对应的界面声子透射谱。

在这项工作中，同济大学陈杰教授团队利用非平衡态分子动力学方法地研究了层间旋转对graphene/h-BN范德华异质结层间导热性能的影响。研究发现，在无旋转情况下，graphene/h-BN范德华异质结的本征界面热导在500 K时高达509 MW/（m^2K）显著高于其他类型的范德华异质结。在0°到30°范围内，该体系的界面热导在不同温度下均随着层间转角的增大而单调下降，降幅高达50%。 通过比较晶格结构发现，界面石墨烯层的表面起伏随转角的增加而明显增大，导致声子散射显著增强。进一步计算界面处的声子透射频谱后发现，低频声子（< 10 THz）在graphene/h-BN 范德华异质结层间热传导中发挥了主导作用，由于界面处石墨烯层和h-BN层的原子振动频谱仅在10 THz以下存在交叠；随着层间转角的增大，界面声子透射率大幅降低，导致了转角依赖的界面热导。这项工作表明，层间旋转可用于动态调控二维堆垛材料界面热输运，为设计基于范德华异质结的热器件了坚实的理论指导。

同济大学物理科学与工程学院2019级博士生任卫君为论文第一，同济大学陈杰教授为论文唯一通讯。 该工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划和上海市科委等项目支持。

本文相关词条概念解析：

异质

异质（异质），特异的资质、禀赋。

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