二维热超材料中的非线性相干输运：从孤子和拓扑缺陷到量子计算

由于持续偏离傅里叶定律，理解低维和纳米结构材料中的热输运仍然是非平衡统计物理学的一个核心挑战。这些偏离由非谐性、降维以及长寿命相干激发的出现所驱动。在这项工作中，我们为二维热超材料开发了一个统一的理论框架，该框架结合了非线性晶格动力学、基于孤子的有效场论以及作为能量流引导结构的几何组织缺陷网络。我们引入了适用于可控基准测试的离散和连续介质启发的最小模型，用于研究图案化二维架构中的热输运，并识别出一种双通道输运机制，其中相干非线性激发与非相干流体动力学模式共存。研究表明，这些通道之间的相互作用对几何结构、非线性和温度高度敏感，为热管理提供了新途径。我们在微观非对称性、二维中几何驱动的热量通道化以及量子赋能探索之间建立了严格的联系，这种探索既涵盖高占据的经典区域，也涵盖超出标准模拟策略能力的真正量子区域。理论预测得到了近期在 Stone-Wales 缺陷 PdSSe 单层和硅声子晶体纳米结构中的实验和计算结果的支持，这些结构表现出超低热导率与高载流子迁移率和强各向异性共存——这是双通道机制的直接体现。这一综合为设计工程化的热扩散架构提供了可操作的指导，并将量子模拟定位为推动非线性热输运理论发展的变革性工具。