从芯片散热到能源器件热管理，热量如何在材料中传递，直接影响器件性能。在多数半导体和绝缘体中，声子是热量的主要载体，但其不带净电荷，且传播易受散射影响，难以实现精细的方向调控。利用声子的波动性，通过负折射引导能流转向与聚焦，是探索微观能量传输路径的重要思路。这一思路面临关键困难：声子不仅需要在界面处改变方向，还需在传播中保持相位关联和定向传播能力。传统依赖材料色散的负折射方案通常需要强各向异性或负曲率等特征，在晶体中往往对应长程传播受限的高频模式；而具有较好相干传播条件的近似各向同性低频声学模式，又难以满足这些条件。

针对这一矛盾，物理与微电子科学学院陈克求/唐黎明团队提出界面动量补偿机制，通过理论分析与数值计算，揭示了相干太赫兹声子负折射的新途径，为声子传播方向与波前调控提供了理论依据。相关成果于2026年9月8日发表于《物理评论快报》((Physical Review Letters 137, 116301 (2026))。

团队将研究切入点放在周期性晶体界面上。界面沿切向的离散平移对称性可提供“动量补偿”，使传统连续界面模型预言为全反射的角度区域重新出现传播通道；当透射能流沿界面的分量相对于入射能流反向时，即形成负折射。该机制将负折射条件与界面周期联系起来，为低频声学声子兼顾相干传播与能流转向提供了新途径。

团队以六方氮化硼/石墨烯异质结构为主要平台，采用模式分辨非平衡格林函数计算，从动量、传播角度和实空间波前三个方面验证了这一机制。研究还将能带反折叠用于模式分辨透射分析，并将透射本征通道分析拓展至周期体系，为追踪声子动量变化和振动波前提供了计算工具。进一步研究表明，层间转角可通过改变莫尔超晶格周期，调节负折射的工作频段。硅/锗等界面的补充计算也支持这一机制的跨材料适用潜力。

该研究揭示了晶体界面对称性在声子传播方向调控中的作用，为将周期性界面设计作为声子动量转换与波前调控单元提供了依据。其所面向的低频声学模式兼具重要的载热作用与良好的长程传播条件，使该途径与微纳尺度能量输运问题建立了关联。未来，结合相干声子的选择性激发与空间分辨探测，有望进一步验证声子能流的定向与聚焦行为，为探索基于声子波动性的热管理与功能器件奠定基础。

湖南大学物理与微电子科学学院博士研究生陈浩为该论文第一作者，陈克求教授和唐黎明教授为通讯作者，湖南大学为论文唯一署名单位。该研究得到了国家自然科学基金和科技部国家重点研发计划的资助。

图为转角调控声子透射。上方为结构与传播路径示意；下方为2.5 THz时的角分辨透射计算，9.43°结构在常规临界角之外出现透射通道。上方会聚路径为示意，非实验图像。

论文链接：https://doi.org/10.1103/n9zv-9kc5

来源：物电院

实习编辑：彭心怡

责任编辑：余楚倩