近日，北京大学物理学院凝聚态物理与材料物理研究所、人工微结构和介观物理国家重点实验室、纳光电子前沿科学中心王新强教授与北京大学电子显微镜实验室王涛高级工程师探测到褶皱二维氮化镓（GaN）的声子行为。相关研究成果以“褶皱二维氮化镓的声子色散”（Phonon dispersion of buckled two-dimensional GaN）为题，于2024年11月30日发表在《自然·通讯》（Nature Communications）上。
氮化镓作为一种宽禁带半导体材料，广泛应用于光电器件和高频、高功率电力电子器件等领域。传统上，研究主要集中在四面体配位的三维氮化镓，而二维氮化镓的研究相对较少。北京大学王新强、王涛团队最近对褶皱二维氮化镓的声子行为进行了深入研究，直接探测到其声子色散，并与第一性原理计算结果吻合。研究发现，与三维氮化镓相比，褶皱二维氮化镓的光学支声子发生了显著的蓝移，导致其声学-光学声子带隙增加了约20毫电子伏特。这一增加的声子带隙有效抑制了三声子散射，延长了声子寿命，从而影响了材料的导热性能。
图1.体GaN与褶皱二维GaN的声子色散。（a）EELS光阑在衍射面的摆放示意图。绿色矩形框标示了EELS光阑的位置，旁边标注了选取的动量路径。（b）体GaN的声子色散，白色线为计算的体GaN声子色散曲线。（c）体GaN声子色散的模拟结果，白色线为计算的体GaN声子色散曲线。（d）褶皱二维GaN投影声子色散的计算结果。（e）（f）实验和计算褶皱二维GaN的声子色散。
北京大学物理学院博士研究生张振宇为论文第一作者，王涛、王新强为共同通讯作者。北京大学葛惟昆教授和沈波教授对该工作提出了宝贵的指导意见。北京大学高鹏教授和吉林大学张源涛教授对该工作做了重要指导。合作者还包括北京大学王平研究员等。
研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、北京卓越青年科学家计划、北京市自然科学基金、广东省基础与应用基础研究重大项目、北京大学高性能计算平台和北京大学电子显微镜实验室等支持。
论文原文链接https://www.nature.com/articles/s41467-024-54921-8
来源：北京大学物理学院凝聚态物理与材料物理研究所