岳亚楠课题组针尖增强拉曼热测量技术研究取得重要进展

近日，武汉大学动力与机械学院岳亚楠教授团队针对纳米尺度局部热点的热物性测量问题，创新了针尖增强拉曼测热技术，研究了氮化镓晶体在激光加热下的温度响应，并揭示了声子弹道输运机理，研究成果发表在Advanced Science杂志（影响因子：17.52）上，并被选为杂志封面。

该论文题为“Ballistic Thermal Transport at Sub-10 nm Laser-Induced Hot Spots in GaN Crystal”，第一作者为武汉大学动力与机械学院博士后黄德钊和硕士研究生孙强胜，岳亚楠教授为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划和中国博士后基金面上项目的支持。

以氮化镓（GaN）为代表的第三代宽禁带半导体材料在功率半导体、微纳电力电子器件等领域具有重要的应用，而电子器件中广泛存在的纳米尺度热点（小于100nm）极大地降低器件热安全阈值，是热安全隐患的重要来源。因此研究纳米尺度热点、充分理解纳米尺度热源的声子导热行为具有重要意义。


由于光学衍射效应，基于激光的热测量方法较难应用于纳米尺度传热测量，而电学方法中，扫描热显微镜技术受制于纳米接触热阻的问题，也有较大的热测量误差。因此，纳米热点的可控生成及温度测量一直是工程热物理领域研究的热点和难点。团队针对该难题发展的针尖增强拉曼测热技术，同时解决了纳米热点的生成及测温难题，实现了10nm尺度热点的传热研究。研究发现由于声子输运的影响，纳米尺度下热点的局部热导率远低于宏观热导率值。进一步结合光热耦合模拟和分子动力学研究，分析了声子在纳米尺度热点处的弹道输运行为，并测算出声子平均自由程，研究发现氮化镓声子平均自由程随温度降低的现象。

该研究发展的方法将针尖近场增强效应和拉曼测热技术相结合，实现了10nm尺度非接触温度测量和激光定点加热，论文关于声子弹道输运的理论成果还可以用于研究其他器件热安全问题。

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202370010?af=R