近日，北京大學(xué)物理學(xué)院凝聚態(tài)物理與材料物理研究所、人工微結(jié)構(gòu)和介觀物理國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、納光電子前沿科學(xué)中心王新強(qiáng)教授與北京大學(xué)電子顯微鏡實(shí)驗(yàn)室王濤高級(jí)工程師探測到褶皺二維氮化鎵（GaN）的聲子行為。相關(guān)研究成果以“褶皺二維氮化鎵的聲子色散”（Phonon dispersion of buckled two-dimensional GaN）為題，于2024年11月30日發(fā)表在《自然·通訊》（Nature Communications）上。

氮化鎵作為一種寬禁帶半導(dǎo)體材料，廣泛應(yīng)用于光電器件和高頻、高功率電力電子器件等領(lǐng)域。傳統(tǒng)上，研究主要集中在四面體配位的三維氮化鎵，而二維氮化鎵的研究相對(duì)較少。北京大學(xué)王新強(qiáng)、王濤團(tuán)隊(duì)最近對(duì)褶皺二維氮化鎵的聲子行為進(jìn)行了深入研究，直接探測到其聲子色散，并與第一性原理計(jì)算結(jié)果吻合。研究發(fā)現(xiàn)，與三維氮化鎵相比，褶皺二維氮化鎵的光學(xué)支聲子發(fā)生了顯著的藍(lán)移，導(dǎo)致其聲學(xué)-光學(xué)聲子帶隙增加了約20毫電子伏特。這一增加的聲子帶隙有效抑制了三聲子散射，延長了聲子壽命，從而影響了材料的導(dǎo)熱性能。

圖1.體GaN與褶皺二維GaN的聲子色散。（a）EELS光闌在衍射面的擺放示意圖。綠色矩形框標(biāo)示了EELS光闌的位置，旁邊標(biāo)注了選取的動(dòng)量路徑。（b）體GaN的聲子色散，白色線為計(jì)算的體GaN聲子色散曲線。（c）體GaN聲子色散的模擬結(jié)果，白色線為計(jì)算的體GaN聲子色散曲線。（d）褶皺二維GaN投影聲子色散的計(jì)算結(jié)果。（e）（f）實(shí)驗(yàn)和計(jì)算褶皺二維GaN的聲子色散。

北京大學(xué)物理學(xué)院博士研究生張振宇為論文第一作者，王濤、王新強(qiáng)為共同通訊作者。北京大學(xué)葛惟昆教授和沈波教授對(duì)該工作提出了寶貴的指導(dǎo)意見。北京大學(xué)高鵬教授和吉林大學(xué)張?jiān)礉淌趯?duì)該工作做了重要指導(dǎo)。合作者還包括北京大學(xué)王平研究員等。

研究工作得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金、北京卓越青年科學(xué)家計(jì)劃、北京市自然科學(xué)基金、廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究重大項(xiàng)目、北京大學(xué)高性能計(jì)算平臺(tái)和北京大學(xué)電子顯微鏡實(shí)驗(yàn)室等支持。

論文原文鏈接https://www.nature.com/articles/s41467-024-54921-8

來源：北京大學(xué)物理學(xué)院凝聚態(tài)物理與材料物理研究所