六方氮化硼超快热传输研究

传统电子与光子器件中，固体界面间的热传导效率常受限于声子-声子相互作用速率。而hBN材料中特有的体积受限双曲声子极化子（HPhPs）模式，为突破这一瓶颈提供了全新解决方案。

研究团队通过精密的实验设计验证了HPhPs模式的热传输优势。他们采用机械剥离法制备出高纯度hBN薄片，并利用电子束光刻技术在其表面图案化金垫，构建出典型的Au-hBN异质结构。借助红外泵浦-探测光谱技术，研究人员首次在hBN中直接观测到由近场辐射激发的HPhPs模式。实验数据显示，在hBN的特定光谱区域内，热反射信号强度显著提升，这直接证明了HPhPs模式在热耗散过程中的主导作用。

研究结果揭示了革命性的热传输机制。与传统声子传导路径相比，Au-hBN界面的热边界电导实现了数量级跃升，达到500 MW/m²K以上，而传统路径仅约12.5 MW/m²K。这种增强源于HPhPs模式独特的能量传递方式：当金垫受热激发时，其热电子通过近场耦合直接激发hBN中的HPhPs，这些极化子以超快速度在材料内部传播热量，有效避免了传统传导路径中的能量损耗。

该研究还发现了hBN作为超快热沉的潜力。通过三温度模型拟合实验数据，证实了金电子能量向hBN光学声子的高效转移。在近红外激光脉冲实验中，hBN基底上的金垫冷却速度比硅基底快数个量级，展现出卓越的局部热管理能力。这种特性对于防止高功率器件热失效具有重要意义。

这项工作不仅拓展了我们对界面热传输物理机制的理解，更为开发新一代高效热管理材料提供了理论支撑。通过优化材料选择与器件设计，hBN基超快热传输技术有望在5G通信、高频电子器件等领域实现广泛应用，推动电子设备向更高功率密度和更小尺寸发展。

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