晶体中位错介导热传导的纳米尺度热成像
材料科学
2026-05-20 v1
摘要
位错在晶体材料中广泛用于调控半导体和热电材料的热导率，但仍存在一个关键缺口：由于传统热探针的局限，无法直接测量单个埋藏位错处的局部热阻及其空间范围。本文采用原位扫描透射电子显微镜-能量损失谱技术，对低角度 SrTiO3 晶体界上周期性位错阵列的纳米尺度温度分布进行成像。结果显示，位错阵列跨越温度下降 47 K。相关的温度场扰动集中在位错核心附近，符合这些离散位置处局部热阻更强的推断，而非沿阵列均匀分布的热阻。我们进一步在位错阵列附近识别出一种明确的两尺度热传导特征：核心主导效应约为 4.8-6.2 nm，核心间的延伸影响约为 10.3-14.3 nm。原子尺度的结构和振动分析进一步揭示了与位错核心相关的原子重构和局部分散光扰动，为推断位错核心附近更强的局部热阻提供了微观依据。这些发现定量地解析了位错介导热传导的空间异质性，揭示了其原子尺度机制，并为缺陷工程提供定量依据，指导高性能热电材料、半导体、高温结构合金及其他功能晶体材料的设计。
引用
@article{arxiv.2605.19496,
title = {Nanoscale Thermal Imaging of Dislocation-Mediated Heat Transport},
author = {Ruilin Mao and Bingyao Liu and Jiaxin Liu and Xiaoyue Gao and Junping Luo and Fachen Liu and Ruochen Shi and Jiade Li and Jinlong Du and Peng Gao},
journal= {arXiv preprint arXiv:2605.19496},
year = {2026}
}