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熱輸送：不均一ひずみによって抑制されるシリコンナノリボン中の熱輸送
Nature 629, 8014 doi: 10.1038/s41586-024-07390-4
ナノスケール構造は、極端なひずみを生成して、電子バンドギャップの調整、超伝導温度の上昇、電極触媒活性の向上など、これまでにない材料特性を実現できる。均一ひずみによって熱流に限定的な効果が生じることは知られているが、不均一ひずみの影響は、界面や欠陥が共存するためまだよく分かっていない。今回我々は、特別に作製したマイクロデバイス上で個々のシリコンナノリボンを曲げることによって不均一ひずみを導入し、それが熱輸送に及ぼす影響を測定すると同時に、ひずみ依存性の振動スペクトルをサブナノメートル分解能で評価することによって、このギャップに取り組んだ。得られた結果は、1 nm当たり0.112％のひずみ勾配が34 ± 5％という劇的な熱伝導率の低下につながることを示しており、これは、均一ひずみ下で測定されたほぼ一定の値とは明らかに対照的である。さらに我々は、電子エネルギー損失分光法を用いて局所格子振動スペクトルをマッピングして、フォノンピークがひずみ勾配に沿って数ミリ電子ボルトシフトすることを明らかにした。この独特のフォノンスペクトルの広がり効果は、第一原理計算によって立証されているように、フォノン散乱を増強して熱輸送を大幅に阻害した。今回の研究によって、均一ひずみ下では存在せず従来の理解では捉えられなかった、不均一ひずみの下での格子ダイナミクスに関する長年の謎の重要な要素が明らかになった。
