近日，我校物理与光电工程学院欧阳滔/唐超教授团队在国际权威学术期刊《先进功能材料》(Advanced Functional Materials, IF=19.0,中科院一区TOP期刊)发表题为《独特的层级旋转动力学诱导轻质氰基桥联框架材料呈现超低晶格热导率》“Ultralow Lattice Thermal Conductivity Induced by Unique Hierarchical Rotational Dynamics in Lightweight Cyanide-bridged Framework Materials”的研究论文，我校汤准韵博士研究生为论文第一作者，欧阳滔教授、唐超教授为共同通讯作者。此外，我校王晓霞博士研究生、李金教授、何朝宇教授以及湖南师范大学陈明星教授共同参与了此项工作。我校为第一完成单位和唯一通讯单位。
开发具有超低晶格热导率的材料一直是凝聚态物理与材料科学领域的核心课题，其应用涉及热电、热阻及热障涂层等领域。抑制热导率的传统策略通常依赖重原子组成或复杂晶格结构，这与航空航天领域以及电子器件的轻量化设计原则相矛盾。因此，探索兼具超低晶格热导率和轻质属性的材料仍是一个重大挑战，这可能需要转向利用新兴晶格动力学进行设计。
该研究通过合理整合超原子结构中表现出的层级振动和钙钛矿材料中表现出的旋转动力学特性，在轻质氰基桥联框架材料（CFMs）中实现了超低晶格热导率。独特的层级旋转行为导致Grüneisen参数在宽频范围内出现多个负峰，从而诱导强烈的立方非谐性和显著的负热膨胀。大四声子散射相空间与强四次非谐性之间的协同效应导致极强的四声子非谐散射率。因此，CFMs的热输运性质受到显著抑制，其晶格热导率比具有同等平均原子质量的钙钛矿或类钙钛矿材料低一到两个数量级。其中Cd(CN)2、NaB(CN)4、LiIn(CN)4和AgX(CN)4（X = B、Al、Ga、In）呈现出范围从0.35到0.81 W/mK的超低室温晶格热导率。本研究不仅确立了CFMs作为研究极端声子非谐性的新平台，还通过有意识地整合层级和旋转动力学，为设计具有超低晶格热导率的轻质材料提供了新途径。
图1.室温晶格热导率与平均质量的关系图。红色球体代表本研究中的15种氰基桥联框架材料。蓝色方块代表其它典型的钙钛矿和类钙钛矿材料。
近年来，该团队致力于揭示材料的新奇热输运行为和设计开发高性能热电材料，取得了一系列高水平研究成果，累计在国际著名物理类学术期刊发表学术论文20余篇，其中在美国物理评论系列(Physical Review)期刊发表8篇，在Applied Physics Letters（自然指数期刊）发表6篇论文，形成了具有国际影响力的特色研究方向。上述工作得到了国家自然科学基金、湖南省杰出青年基金、湖南省研究生创新项目以及“计算凝聚态物理与量子工程材料”湖南省高校重点实验室的支持。
论文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202526344
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