声子限制的四声子相互作用：单层h-NbN热与热电传输研究

本研究针对二维材料热与热电性能优化难题，来自国内的研究团队聚焦无镜面对称性的h-NbN单层材料，通过第一性原理计算与玻尔兹曼输运理论，揭示了声学声子主导的四声子相互作用及挠性声子对热传导的核心影响。研究发现拉伸应变可降低非谐性并提升热导率，同时通过热/电输运的竞争调控使热电优值在高温下达～0.70，为二维材料热管理应用提供关键理论支撑。

　　

为探索二维材料的热与热电潜力，研究人员对六方氮化铌（h-NbN）单层展开研究，该材料具有独特的无镜面对称性结构、较大的声学-光学声子能隙以及二次挠性声子模式。结合第一性原理计算（first-principles calculations）与玻尔兹曼输运理论（Boltzmann transport formalism），研究揭示了多声子散射过程的复杂相互作用：其中挠性声子（flexural phonons）和四声子相互作用（four-phonon interactions）对以声学声子（acoustic phonons）为主导的热输运过程产生显著影响。值得注意的是，四声子相互作用主要局限于声学声子范畴。施加拉伸应变后，材料的基础散射机制得以保留，但非谐性（anharmonicity）及散射速率随之降低，从而增强了热传导性能。与此同时，热输运与电输运的竞争性调控塑造了应变依赖的热电响应，在高温下实现了约0.70的热电优值（figure of merit, ZT），展现出优异的热电应用前景。该研究结果凸显了微观输运模型在精确捕捉二维材料热与热电性质中的关键作用，为其先进应用开辟了新路径。