双热力学传输通道在晶体材料中的协同抑制策略

我们提出了一种新颖的设计原则，通过“重轻软硬”结构构型实现晶体材料的超低热导。通过将重原子与轻原子以及软键与硬键网络组合，可同时抑制类粒子 ($\kappa_p$) 和类波 ($\kappa_c$) 声子传输通道。第一性原理计算表明，该构型诱导出分层声子谱：软键重原子产生密集的低频模式，增强散射降低 $\kappa_p$，而硬键轻原子产生稀疏的高频光学分支，破坏相干性降低 $\kappa_c$。高通量筛选识别 Tl$_4$SiS$_4$ ($\kappa_p$ = 0.10, $\kappa_c$ = 0.06 W/mK) 和 Tl$_4$GeS$_4$ ($\kappa_p$ = 0.09, $\kappa_c$ = 0.06 W/mK) 为双通道传输均被强烈抑制的代表性候选材料。进一步的简化1D三原子链模型进一步证明了该机制的普适性，为声子工程提供了新的范式，超越传统 $\kappa_p$-$\kappa_c$ 的权衡。