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韩国团队增强电子-声子耦合

材料来源：雅时

原子级工程使SRO/STO超晶格中的电子-声子耦合强度增加300倍

适用于先进应用的材料拥有许多有趣功能特性，这些功能特性通常依赖于电子-声子耦合强度。然而，人们认为耦合强度是一种固有材料特性，一些潜在应用要求耦合强度可调，因此受到限制。

近期，韩国研究人员取得突破，成功在合成材料中对耦合强度进行设计，发现约化耦合维度时，钌酸锶的耦合强度增强了300倍，效果非常显著。

晶体内，电子与声子的相互作用紧密，其中将声子定义为晶体振动的离散单位。在固体物理学中，电子-声子耦合强度是重要的基本物理量，决定材料的电动力行为和相关功能。这反过来又为先进应用带来有趣的材料特性。然而，通常认为耦合强度是一种固有材料特性，针对所需应用，没有任何对耦合强度的控制措施。

在此背景下，以Jong Seok Lee为首的韩国光州科学技术院研究团队现已证实，利用过渡金属氧化物的合成异质结构，能够调节耦合并大幅增强耦合强度。研究人员在一篇论文中详细介绍了研究成果，2023年4月13日，该论文在网上发布，2023年6月2日发表在《Advanced Science》第10卷第16期。

对于当前研究背后的动机，Lee解释道，“不幸的是，电子-声子耦合本质上由固体的晶体结构决定，因此找到一种控制或增强耦合的新方法至关重要。”

在这项研究中，研究人员证实，在合成钌酸锶/钛酸锶（SRO/STO）超晶格（两种材料层的周期性结构）中，电子-声子耦合强度存在原子级工程。研究人员通过对SRO/STO系统进行人为异质构建，实现了这一壮举。要做到这一点，需要控制电子维度、调节层间距离、增强合成原子网络的周期性。

值得注意的是，维度从3D（体积）降低到准2D，会导致电子-声子耦合强度增加300倍。研究人员将这一大幅增强归因于合成SRO/STO超晶格中耦合的非局部性质，在2D电子态中，该性质尤为突出。此外，研究人员发现，温度相关电子-声子耦合测量揭示，2D SRO层中的电子与光学声子（振动能够吸收光或发射光）相耦合，进一步促进了耦合的增强。

这一进展为调节晶体中电子-声子耦合强度的新工程机会铺平了道路。此外，还有助于更深入地理解量子材料。Lee推测道，“电子-声子耦合不仅与热电器件的性能密切相关，还与太阳能电池的能量收集效率密切相关。目前，研究人员正努力解决纳米级器件的过热问题。该问题限制了纳米级器件的性能。当前研究有助于解决过热问题，从而提高纳米级器件的性能。”

合成晶体中，调谐旋钮用于控制电子-声子耦合强度，总的来说，研究成果对此发出新见解，不仅有助于推进技术，而且有助于更深入地理解量子材料中的量子现象，如强耦合电荷和晶格动力学。

参考文献

'Giant Enhancement of Electron–Phonon Coupling in Dimensionality-Controlled SrRuO3 Heterostructures'; Advanced Science (2023)

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