具有温度不变超低热导率的二维铁电晶体

我们报告了在单层 $\beta'$-In$_2$Se$_3$ 中发现温度不变的超低热导率 ($\kappa$)，该材料是一种具有面内极化方向的二维铁电晶体。通过结合广义韦尔金运输方程理论和基于机器学习的分子动力学模拟，我们揭示了类粒子态声子传播与波态隧穿传输机制之间的平衡，导致约 0.6 W/mK（相当于玻璃水平）的传播-隧穿不变 (PTI) 超低热导率在广泛的温度范围内 ($150<T<800$~K) 保持恒定。这种行为源于由铁电偶极子涨落驱动的固有强非谐性，无需外源结构修饰即可实现。相比之下，$\alpha$-In$_2$Se$_3$ 单层材料表现出典型的温度依赖热导率，$\kappa (T) \propto T^{-1}$，属于简单晶体的常规行为。进一步我们展示，$\beta'$-In$_2$Se$_3$ 的非谐性可通过外部电场精确调制，从而实现对热输运性质的按需控制，包括改变热导的温度标度行为并实现约 2.5 倍的大热开关比。这些发现为阐明场调可调非谐性、声子动力学与热输运机制之间的相互作用提供了基础性见解。