单固体-分子接合口的能量传输动力学与高热导直接观测
化学物理
2025-12-23 v1 介观与纳米尺度物理
摘要
界面在纳米尺度的能量传输中发挥着关键作用。然而，由于对界面热导率的原子尺度和时间分辨率要求极高，直观观察分子接合口界面热导率一直具有挑战性。本文报告了在原子水平上观察到多组分分子接合口的能量传输动态过程，采用反射型超快电子衍射技术。在光激发Au(111)表面化学偶联的自组装单层（SAMs）烷硫醇后，清晰揭示了能量传递的时间序列：从金属表面层（SL）到SAM的头基团，再到CH2-CH2烷基晶格。令人惊讶的是，金属SL的结构动力学与干净金属显著不同。此外，烷基晶格的动力学表现出链长不敏感性，但具有链长依赖的保持时间以实现完全热平衡。定量地，我们发现金属表面原子与SAM烷基单位之间的面外原子运动显著增加，表明界面能量传输本质上是基于运动的耦合。在冲击加热条件下，获得了约300 MW/m^2/K的高界面热导率和约60 W/m/K的烷基晶格高热导率，这为先前在室温下的理论预测提供了强有力的支持，也支持了链内热传递的球面性。这种时空分辨的实验方法将为未来对固体-分子接合口界面能量传输进行定量评估提供可能。
引用
@article{arxiv.2512.18089,
title = {Direct Observation of Energy Transport Dynamics and High Thermal Conductance across Single Solid-Molecule Junctions},
author = {Md. Shahriar Hossain Shuvo and Xing He and Mithun Ghosh and Ding-Shyue Yang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2512.18089},
year = {2025}
}
备注
17 pages, 4 figures, and 16 pages SI