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精准“拿捏”声子：从格波量子角度破解能量输运的“调控密码”

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万骁, 孟涵, 梁武, 杨诺. 2025: 精准“拿捏”声子：从格波量子角度破解能量输运的“调控密码”, 物理, 54(9): 631-638. doi: 10.7693/wl20250904
引用本文: 万骁, 孟涵, 梁武, 杨诺. 2025: 精准“拿捏”声子：从格波量子角度破解能量输运的“调控密码”, 物理, 54(9): 631-638. doi: 10.7693/wl20250904
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WAN Xiao, MENG Han, LIANG Wu, YANG Nuo. 2025: Precisely modulating phonons：decoding the “regulation code”of energy transport from the perspective of lattice vibration quanta, Physics, 54(9): 631-638. doi: 10.7693/wl20250904
Citation: WAN Xiao, MENG Han, LIANG Wu, YANG Nuo. 2025: Precisely modulating phonons：decoding the “regulation code”of energy transport from the perspective of lattice vibration quanta, Physics, 54(9): 631-638. doi: 10.7693/wl20250904
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精准“拿捏”声子：从格波量子角度破解能量输运的“调控密码”

  • 1 华中科技大学能源与动力工程学院 武汉 430074;

  • 2 国防科技大学理学院 长沙 410073

    • 通讯作者: 杨诺,email:nuo@nudt.edu.cn

Precisely modulating phonons：decoding the “regulation code”of energy transport from the perspective of lattice vibration quanta

  • 1 School of Energy and Power Engineering, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China;

  • 2 College of Science, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China

    • Corresponding author: YANG Nuo, nuo@nudt.edu.cn

  • 摘要: 声子作为晶格振动的量子化准粒子，在能量输运与转换过程中扮演着关键角色，不仅主导半导体和绝缘体中的导热过程，还深刻影响着电子和离子输运、光电转换及热电转换等物理过程。然而，不同声子对各类输运过程的贡献存在显著差异。若能选择性地激发那些对能量输运和转换过程起主导作用的特定模式，即“靶向声子”，将有望突破能量输运瓶颈，实现能量转换效率的显著提升。文章系统梳理了靶向声子激发领域的最新进展，首先概述利用高频激光和隧穿电子的靶向声子激发方法，其次简介了其在热输运、电输运、光伏器件及离子导体等领域的前沿研究成果，最后展望了靶向声子激发对多领域的潜在影响。
    Abstract: Phonons, the quantized lattice vibrations in solids, play a central role in energy transport and conversion. Beyond their well-established contribution to heat conduction, they have a significant impact on electron/ion transport, photoelectric conversion, and thermoelectric performance etc. Importantly, different phonon modes contribute unevenly to these processes. Selective excitation of specific“targeted phonons”—modes that dominate energy transfer dynamics—offers a promising strategy to overcome transport limitations and substantially enhance energy conversion efficiency. This article provides a review of recent progress in the selective excitation of targeted phonons. We first introduce experimental techniques employing high-frequency lasers and tunneling electrons, then examine key applications in thermal transport, electronic and ionic transport, and photovoltaic systems. Finally, we discuss the broader implications and potential of targeted phonon excitation across diverse domains of energy science.
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出版历程
  • 收稿日期:  2025-07-03

精准“拿捏”声子：从格波量子角度破解能量输运的“调控密码”

    通讯作者: 杨诺,email:nuo@nudt.edu.cn
  • 1 华中科技大学能源与动力工程学院 武汉 430074;
  • 2 国防科技大学理学院 长沙 410073
  • 收稿日期:  2025-07-03

摘要: 声子作为晶格振动的量子化准粒子，在能量输运与转换过程中扮演着关键角色，不仅主导半导体和绝缘体中的导热过程，还深刻影响着电子和离子输运、光电转换及热电转换等物理过程。然而，不同声子对各类输运过程的贡献存在显著差异。若能选择性地激发那些对能量输运和转换过程起主导作用的特定模式，即“靶向声子”，将有望突破能量输运瓶颈，实现能量转换效率的显著提升。文章系统梳理了靶向声子激发领域的最新进展，首先概述利用高频激光和隧穿电子的靶向声子激发方法，其次简介了其在热输运、电输运、光伏器件及离子导体等领域的前沿研究成果，最后展望了靶向声子激发对多领域的潜在影响。

English Abstract

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