上海应物所&美国加州大学联合发现黑磷烯反常各向异性热输运

材料各向异性的热输运对于实现本征各向异性的热/热电器件至关重要。普通体相材料因其声子层间散射，热输运只能呈现各向同性。一直以来，二维材料（石墨烯和二硫化钼等）被认为是实现层间各向异性的关键。但衬底支撑情况下，各向同性声子散射会抹消二维材料自身的各向异性，从而使二维材料的热输运失去各向异性。

近日，中国科学院上海应用物理研究所的高嶷研究员和陈济舸副研究员与美国加州大学戴维斯分校化学系的陈顺达研究员合作，发现黑磷烯的热输运在衬底支撑情况下，其各向异性不但不会消失，反而比起悬空情况下增强了近两倍。

黑磷烯中心激发的能量输运的角分布函数：衬底导致各向异性的增强

通过分析黑磷烯热输运的微观过程，揭示了反常的各向异性源于其独特的折叠状晶格结构：即Armchair手征的磷原子处在不同平面，热输运依赖于磷原子平面外起伏，从而在衬底的起伏抑制下强烈衰减；与之相反，Zigzag手征的磷原子处于同一平面，热输运不依赖于平面外起伏，从而对衬底不敏感；此消彼长，衬底进一步增强了热输运在Zigzag手征的角分布占比。

该研究成果有助于人们认识到晶格结构对二维材料性质的重要影响，为设计基于黑磷烯的各向异性热/热电器件和构造具有鲁棒性的各向异性热导复合材料提供了重要参考。

该项研究得到中国科学院、上海应用物理研究所、国家自然科学基金委、上海市科委等单位的共同支持。相关研究成果发表在物理化学快报上（J. Phys. Chem. Lett. 2016, 7, 2518-2523）（IF=8.539）。

文献链接：Anisotropy Enhancement of Thermal Energy Transport in Supported Black Phosphorene

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