发表机构：北京大学
作 者：高鹏（通讯作者）
声子是众多物理过程的纽带，如热传导、电输运、光传播与发射等，因此声子研究备受关注。比如，当今先进的半导体芯片由于尺寸小、功率大，界面两侧声子失配引起的界面热阻已经成为限制其性能提升的瓶颈。但是这些界面热输运研究存在诸多挑战，现有的探测手段空间分辨率都无法匹配亚10nm量级的先进芯片工艺制程，并且通常缺乏对包埋界面的探测能力。事实上，早在上世纪Gerald L. Pollack就将“如何测量界面附近微米尺度温度的变化”列为了一个亟待解决的重要科学问题。
在该工作中，高鹏团队发展了一种基于声子输运可视化的电子显微技术，实现了亚纳米分辨的温度测量、热阻测量、声子输运动力学探测。他们在电镜中设计了原位热输运器件，在AlN/SiC半导体异质结中构建了稳定的热流，从而实现了迄今为止报道的界面温度表征的最高空间分辨率——亚纳米分辨。据此，他们提出一种利用电镜来测量纳米尺度热阻的全新方法，可广泛应用于界面、缺陷、纳米结构等体系。他们发现在施加至180K/μm的温度梯度后，AlN/SiC界面处约2纳米范围内出现约10—20K的温度突变。相比之下，块体AlN或SiC中相似的温降需跨越数十至数百纳米，这表明该体系的界面热阻是块体材料的30—70倍，凸显了其在纳米器件热阻中的主要贡献。在热流下，界面附近约3纳米的空间范围内存在偏离玻色-爱因斯坦分布的非平衡声子态。通过对比正向、反向热流下局域界面声子模式的不对称布局，研究团队揭示了界面模式参与的非弹性声子输运动力学过程，为芯片界面工程和先进热管理材料等的研究提供了理论指导。
发表日期：2025-06-11
