近日，北京大學物理學院凝聚態(tài)物理與材料物理研究所、人工微結構和介觀物理國家重點實驗室、納光電子前沿科學中心王新強教授與北京大學電子顯微鏡實驗室王濤高級工程師探測到褶皺二維氮化鎵（GaN）的聲子行為。相關研究成果以“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體材料，廣泛應用于光電器件和高頻、高功率電力電子器件等領域。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較少。北京大學王新強、王濤團隊最近對褶皺二維氮化鎵的聲子行為進行了深入研究，直接探測到其聲子色散，并與第一性原理計算結果吻合。研究發(fā)現，與三維氮化鎵相比，褶皺二維氮化鎵的光學支聲子發(fā)生了顯著的藍移，導致其聲學-光學聲子帶隙增加了約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。綠色矩形框標示了EELS光闌的位置，旁邊標注了選取的動量路徑。（b）體GaN的聲子色散，白色線為計算的體GaN聲子色散曲線。（c）體GaN聲子色散的模擬結果，白色線為計算的體GaN聲子色散曲線。（d）褶皺二維GaN投影聲子色散的計算結果。（e）（f）實驗和計算褶皺二維GaN的聲子色散。

北京大學物理學院博士研究生張振宇為論文第一作者，王濤、王新強為共同通訊作者。北京大學葛惟昆教授和沈波教授對該工作提出了寶貴的指導意見。北京大學高鵬教授和吉林大學張源濤教授對該工作做了重要指導。合作者還包括北京大學王平研究員等。

研究工作得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金、北京卓越青年科學家計劃、北京市自然科學基金、廣東省基礎與應用基礎研究重大項目、北京大學高性能計算平臺和北京大學電子顯微鏡實驗室等支持。

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

來源：北京大學物理學院凝聚態(tài)物理與材料物理研究所