6月9日，东南大学物理学院范吉阳教授课题组的最新成果以《平带零维杂化钙钛矿中极大的各向异性热膨胀》（Exceptionally anisotropic thermal expansion in flat-band zero-dimensional hybrid perovskites）为题在线发表于国际知名学术期刊《应用物理评论》（Applied Physics Reviews）上。
热膨胀来源于非简谐声子效应的固体基本属性，深刻影响固体的相变和带隙等重要性质。传统共价键或离子键半导体的各向异性热膨胀较弱，两个晶体学方向上线膨胀系数的相对差值通常小于1。在固体中实现高度各向异性的热应变是一项基础性挑战。
课题组基于实验和理论计算，研究了一类分级杂化半导体中罕见的热膨胀各向异性：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，线膨胀系数的相对差值高达5.6。
碲氯化合物晶体的热膨胀与相变演化。(a)和(b)给出晶体线膨胀系数随温度的变化及逐级相变。(c) 结构演变示意图。(d) 与传统半导体热膨胀各向异性的对比
研究表明，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非简谐声子动力学以及促使激发态电子局域化的全局性平带。不同于纯共价或离子键，这些复杂的微观作用力显著放大杂化半导体骨架中的热各向异性，累积的各向异性应变引发呼吸模式晶格响应并触发级联结构相变。
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，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。
论文作者为东南大学物理学院博士研究生吴华鑫、刘文杰、凌勤等，东南大学物理学院范吉阳教授为论文通讯作者。该项工作获国家自然科学基金委面上项目资助。
论文链接：https://doi.org/10.1063/5.0323338