热量能以波的形式在石墨烯和其他2-D材料中传播很长的距离。

来源：（EPFL/Andrea Cepellotti）

在电子元件的小型化过程中，研究人员面临的主要挑战是：规模较小的设备，散热问题更突出。解决办法之一是使用具有高热传导能力的材料（例如石墨烯）将热量迅速导出，从而使材料冷却。然而，这里也同时存在另外一个问题：热量如何在几个原子层厚的片状材料中传播呢？

在《自然通讯》杂志发表的一篇研究中，洛桑联邦理工学院的研究人员阐释了石墨烯以及其他二维材料中的热传导机制。他们认为热量是以波的形式传播的，就像声音在空气中的传播一样。这是在温度接近绝对零度时观察到的现象。

准无损传输

热量在二维材料中的传播非常难以理解，这是由于和三维材料比，片状材料的行为不可预测。事实上，即使在室温下，它们也能够非常高效地传递热量。

通常情况下，热量通过材料中原子的振动传播。这些振动被称为“声子”，当热量在三维材料中传播时，这些声子不断相互碰撞，或融合在一起，或相互分裂。所有这些过程都会限制热量的传导。只有在极端条件下，当温度接近绝对零度（-200℃或更低）时，才能够观察到准无损热传导。

量子热量波

正如研究人员展示的那样，二维材料中的情形是非常不一样的。该研究工作表明在二维材料中，由于“第二声音”现象的存在，即使是在室温条件下，热量也能有效地传播。在这种情况下，所有的声子可以一起传播很长的距离。“基于第一原理的模拟表明，即使在室温下，原子层厚的薄板材料的行为方式和三维材料在极低的温度的行为方式相同。”该研究的第一作者 Andrea Cepellotti说。“研究表明不仅仅在石墨烯中，在其他二维材料中，热量能以波的形式传播。对于利用这些新颖二维材料来设计电子元件的工程师来说，这是非常有价值的信息。”

新材料在线编译整理—— 翻译： 杨超