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随着高性能微纳电子器件功率密度的快速提升，开发高效热管理技术，实现热量的快速定向传导变得尤为迫切。二维层状材料(Two-dimensional layered materials, 2DLMs)具有典型的各向异性晶体结构和成键模式，面内/面外热输运性质的差异性显著，是探索热量在低维系统中定向传输规律的理想平台。目前，对于层状材料各向异性热输运性质的研究往往集中在单一材料的输运机理，缺乏对2DLMs各向异性热输运来源的系统研究，即不同结构单元及层间耦合对热输运各向异性的影响机制。尽管2DLMs具有显著的各向异性热传导，但是如何设计、优化2DLMs热传导的各向异性比，仍缺乏理论指导，2DLMs在热量定向传输方面的潜力没有得到很好的开发。

基于以上关键科学问题，吉林大学材料科学与工程学院张立军教授团队以“Anisotropic phonon thermal transport in two-dimensional layered materials”为题在Frontiers of Physics期刊发表论文，采用第一性原理晶格动力学计算，结合声子玻耳兹曼输运方程，探索了3种不同结构单元的层状材料(InSe、MoS₂和h-BN)的热输运性质。研究发现，在面内和面外方向上，这些层状结构的晶格热导率(κ_l)存在显著差异，呈现出宽泛的各向异性比(9.4-107.7，如图1)。基于声子输运理论，层状材料的各向异性热输运主要来自两个主要方面：一方面，这些层状结构的κ_l主要受到声子频率、声子群速度和原子质量的控制；另一方面，声子群速度是主导这些结构具有不同各向异性热输运比的主要原因。

      图1 层状InSe、MoS₂、h-BN的晶格热导率各向异性比.

该研究结果揭示了2DLMs中各向异性热输运的物理来源，可用于定制2DLMs中的各向异性κ_l，为实验合成高各向异性热传导材料提供理论指导，实现2DLMs在热量定向管理中的应用。