编者按

自燧人氏钻木取火的那一刻起，人类文明的发展便与“热能”结下了不解之缘，对热现象的探索贯穿了人类社会发展的漫长历程。令人遗憾的是，全球约60%的能源都以废热的形式被白白浪费掉。

热能的研究范畴广泛，涉及电子器件、能源、材料、生物等诸多学科领域。而纳米工程的引入，为热物理学科的进展注入了全新的活力。在微纳米电子器件以及电池中，过热问题犹如隐藏的“定时炸弹”，直接影响着它们的性能和使用寿命，这已然成为芯片研发、5G通信、量子计算以及电动汽车等国家战略技术领域当下的研究热点。

然而，人类对于纳米尺度以及跨尺度领域中热物理的认知，目前还远远不够深入和全面。物理、工程、材料、电子等多学科的交叉研究，无疑将在上述新兴领域发挥至关重要的作用。

考虑到热传导问题研究所面临的挑战与迫切性，由中国物理学会青年工作小组主办，全国热传导研讨会组织委员会成功承办了系列“全国热传导研讨会”。会议汇聚了来自全国相关科研单位的热传导领域的专家学者，共同分享交流该领域的最新研究成果、进展态势以及未来发展方向。

基于此系列会议，《物理学报》已连续三年组织刊发“热传导及其相关交叉领域研究”专题，旨在推动热传导相关研究领域的更多交流与合作，引领学科发展。现汇集《物理学报》新出版的专题文章，期待您的关注！

客座编辑

李保文      南方科技大学

徐象繁      同济大学

杨   诺      国防科技大学

专题文章

研究论文

卷积神经网络加速热场反演

钟嘉晨，朱昌良，沈翔瀛

物理学报, 2026, 75(7):070001

doi: 10.7498/aps.75.20251763

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摘要：准确获取各向异性材料的热扩散张量对于先进电子器件热管理及复合材料无损检测具有重要意义，但传统瞬态测量法难以有效解耦方向分量，而基于数值迭代的反演方法面临计算耗时极长且易陷入局部极小值的挑战。为此，提出一种融合物理一致性约束的卷积神经网络反演框架，旨在实现从瞬态热场图像序列到各向异性热扩散张量的快速、精准映射。该方法构建了包含多尺度特征提取主干及物理投影层的深度网络架构。针对各向异性参数在中心点源激励下的耦合难题，设计了环形多源激励策略以增强热流方向的可辨识度; 同时引入掩膜加权全局池化机制抑制边界效应干扰。在训练策略上，采用参数监督预训练结合物理一致性微调的两阶段方案，将热传导偏微分方程的动力学约束作为正则化项引入损失函数。数值实验表明，该方法能够独立且高精度地解耦主轴扩散系数分量，将平均相对误差控制在3%以内，且物理一致性约束显著提升了小扩散系数区间的反演鲁棒性。与传统迭代算法及标准物理信息神经网络相比，该框架将反演速度提升至毫秒级，实现了“一次训练，实时推断”，为各向异性材料的实时光热成像检测提供了高效的计算范式。

基于hBN/BP/InSb异质结构的近场热光伏系统: 多构型性能比较与优化

陈博森，胡奕，蒋乐勇，吴小虎

物理学报, 2026, 75(7): 070401

DOI: 10.7498/aps.75.20251376

CSTR: 32037.14.aps.75.20251376

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摘要：近场热光伏器件是一种能够将热辐射能直接高效转换为电能的新型能量转换技术，在废热回收、太阳能利用及微纳能源系统等领域具有广阔的应用前景。为进一步提升近场热光伏系统的能量转换效率，本文提出了一种基于六方氮化硼(hBN)/黑磷(BP)/锑化铟(InSb)异质结构的近场热光伏器件，其中hBN和BP的极化激元杂化特性为实现高效光谱匹配提供了新的途径。该系统采用hBN作为热发射器、InSb作为光伏电池，BP层引入各向异性表面等离极化激元，与hBN中的双曲声子极化激元发生杂化，从而实现与InSb带间跃迁的高效光谱匹配。本文系统比较了InSb-hBN，InSb/BP-hBN，InSb-BP/hBN及InSb/BP-BP/hBN四种构型的光伏性能，分析了真空间隙对输出功率密度与能量转换效率的影响。结果表明，在真空间隙为10 nm、发射器温度为900 K时，InSb/BP-hBN结构表现出最优性能，其输出功率密度可达1.2×10⁶ W/m²，能量转换效率约为卡诺极限的60%，均较之前研究的InSb-BP/CaCO₃结构显著提升。进一步的理论分析表明，BP在系统中的空间位置是影响近场热辐射的关键因素:其位于热发射器侧或光伏电池侧的不同配置，会显著改变光子隧穿概率，从而导致系统输出功率与转换效率的差异化表现。此外，研究还揭示了BP自由电子浓度对系统性能的调控机制。当自由电子浓度从5×10¹² cm^–2增至5×10¹³ cm^–2时，表面等离极化激元与双曲声子极化激元的杂化效应发生显著变化，导致带隙频率上下区域的辐射能量呈现差异化增强：带隙以上区域的辐射增强提升了电流密度，而带隙以下区域的增强则引入寄生损耗，两者共同影响热光伏系统的性能。本研究系统揭示了极化激元杂化增强近场热光伏性能的物理机制，为高性能近场热光伏器件的设计提供了新的思路与理论依据。

多沟道GaN电子迁移率晶体管自热效应的电热耦合模拟及场板结构优化

孙育坤，刘哲，孙锴，崔海航

物理学报, 2026, 75(7):070702

doi: 10.7498/aps.75.20251466

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摘要：多沟道GaN电子迁移率晶体管器件通过垂直堆叠多个AlGaN/GaN异质结，在保障各沟道载流子迁移率的同时，提升器件2DEG的总浓度，进而增强器件的整体性能。但相较于单沟道器件，首先，多沟道器件在各沟道中形成分流，平均热流密度有所降低; 其次，中部沟道的垂向散热条件变差，需要考虑沟道间的热耦合。为了综合考虑上述正、反作用对各沟道热影响的程度，需要建立完备的电热耦合模型进行求解。本文采用漂移-扩散方程描述电学行为，结合导热方程描述热传导过程，二者通过迁移率对温度的依赖性实现双向耦合，模拟结果表明，温度最高的中间区域，自热效应导致的沟道内电流密度的降低不可忽略，构建的模型准确地表征了器件的电热分布特性。接下来，为抑制自热效应，针对电场强度最高的栅漏极区域，即热流密度最大的位置，基于所构建的电热耦合模型，探究了栅漏极区域四种不同场板结构的影响。对比发现，倾斜场板结构可有效抑制器件自热效应，其机制在于将一次大幅电势跃变分解为多个微小阶跃，从而有效降低栅漏极区域电场强度，显著抑制该区域热流密度。相较于无场板结构，在采用倾角6°、场板长度1.2 μm的优化参数后，沟道最高温度降低约6%，最大电场强度和热流密度下降约75%。本研究有助于深入理解多沟道GaN电子迁移率晶体管中的热电耦合效应，并为高热可靠性器件设计提供技术支撑。

SnS纳米薄膜厚度和温度依赖性热电性能研究

陈立齐，王子扬，李东皓，王景晔，赵宁，周俊，祝捷，唐大伟

物理学报, 2026, 75(7):070709

doi: 10.7498/aps.75.20251794

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摘要：硫化亚锡(SnS)作为一种环境友好、成本低廉且储量丰富的窄带隙半导体材料，在中温热电转换领域展现出巨大的应用潜力。然而，其块体材料固有的点缺陷(如空位)和特定的能带结构，在一定程度上限制了其热电性能的进一步提升。低维化已被证明是改善材料热电性能的有效策略之一。本工作通过时域热反射法(TDTR)和薄膜热电参数测量系统(ZEM-3)，系统研究了不同厚度(82 nm，199 nm，616 nm和813 nm)的SnS纳米薄膜在300—600 K温度范围内的热电性能。结果表明，薄膜厚度对SnS的热电性能具有显著影响。本工作不仅为优化SnS纳米薄膜的热电性能提供了实验依据和理论参考，而且为开发高效、环保的中温热电材料奠定了基础，具有重要的科学指导意义和实际应用价值。

综   述

一维长程相互作用Fermi-Pasta-Ulam-Tsingou晶格体系热输运的研究进展

熊大兴，李念北，陈杰

物理学报, 2026, 75(7):070002

doi: 10.7498/aps.75.20251803

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摘要：一维动量守恒非线性晶格体系的热输运通常呈现反常热传导，即热导率随系统尺寸幂律发散，傅里叶定律在严格一维极限下失效，这些认识基本是在最近邻相互作用的晶格体系中获得的。近年来，一维长程相互作用晶格体系为低维系统输运提供了新的研究方向，该体系在保持哈密顿动力学与动量守恒的情况下，呈现出一系列“超出传统最近邻模型经验”的新奇现象，如更强的反常导热(发散指数可显著增大)、强长程区能流自关联的负关联、弱长程区出现接近扩散的准正常热传导窗口以及在特定交错长程耦合非可积模型中出现弹道热输运等。本文基于近年来发表的代表性文献，系统梳理一维长程相互作用 Fermi-Pasta-Ulam-Tsingou (FPUT)类晶格与相关长程模型在模型构造、主要数值发现与物理机制解释方面的研究进展。

复杂结构半导体材料热输运理论方法进展与展望

杨进，赵若琳，ONG Wee-Liat，皮孝东，杨德仁，邓天琪

物理学报, 2026, 75(7):070707

doi: 10.7498/aps.75.20251752

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摘要：半导体是现代电子工业的基石材料，其热输运性能直接影响器件效率与可靠性。相较于半导体电学性质研究的深入，其热输运机理研究相对滞后，传统理论在处理强非简谐与无序体系时面临挑战。深入理解半导体热输运机理，不仅对高性能热管理材料设计至关重要，也对开发新型能量转换材料具有指导意义。本文系统回顾了新型声子输运理论与机器学习势函数的发展历程，重点综述了基于统一输运理论以及机器学习分子动力学模拟的强非简谐晶体、无序等复杂半导体体系热输运性质的研究，并对未来理论发展方向进行了展望。

专题文章网站链接：

https://wulixb.iphy.ac.cn/topics

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