热膨胀是固体的基本物理属性，它来源于非简谐声子效应，深刻影响了固体各方面的重要性质，比如相变过程和禁带宽度等。对于传统的以共价键或离子键结合的半导体来说，它们的各向异性热膨胀程度普遍较弱，其两个晶体学方向上线膨胀系数的相对差异值通常小于1。在固体中实现高度各向异性的热应变并澄清其背后的机制仍然是一项基础性挑战。
新葡的京集团35222vip范吉阳教授课题组结合实验和基于量子力学理论的计算，研究报道了一类分级杂化半导体中罕见的热膨胀各向异性：其中，巨大的正热膨胀与显著的负热膨胀沿不同晶体学轴同时存在，使各向异性热膨胀度量值高达5.6。研究发现，这种极端各向异性源于氢键和范德华力主导、对称性破缺局域微观作用力驱动的晶体学取向依赖的强非简谐声子动力学，以及促使激发态电子空间选择性局域化的全局性电子平带。不同于纯共价或纯离子相互作用，这些复杂的微观作用力显著放大了杂化半导体骨架中的热各向异性。在120至560 K的宽温度区间内，累积的各向异性应变引发了呼吸模式晶格响应，并触发级联式结构相变。这些结果揭示了分级杂化固体中巨大热各向异性的微观机制，同时也为高精度微机电系统、可调光电器件以及应变自适应功能器件中的热应变材料设计提供了思路。
近日，上述成果以“Exceptionally anisotropic thermal expansion in flat-band zero-dimensional hybrid perovskites”为题发表于美国物理联合会（American Institute of Physics）期刊《Applied Physics Reviews》上。论文作者有新葡的京集团35222vip博士研究生吴华鑫、刘文杰、凌勤等，新葡的京集团35222vip范吉阳教授为论文通讯作者。该工作得到了国家自然科学基金委面上项目的支持。
论文链接：https://doi.org/10.1063/5.0323338
供稿：新葡的京集团35222vip
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