5月18日，《自然材料》（Nature Materials）在線發表了材料科學與工程學院裴艷中教授團隊及其合作者的研究論文“Extreme phonon anharmonicity underpins superionic diffusion and ultralow thermal conductivity in argyrodite Ag₈SnSe₆”。

快離子導體是一類具有優異電學性能和極低晶格熱導率的固體材料，也是潛在的新型高性能熱電材料。過去👨‍👨‍👧‍👦，研究人員從不同的物理圖像出發，對快離子導體中低熱導率與離子擴散的起源問題提出了各種機製闡述，但一直缺乏強有力的實驗證據。本工作通過單晶生長🤸🏻‍♂️、同步輻射X射線衍射、中子非彈性散射以及機器學習分子動力學模擬等方法，系統地研究了硫銀鍺礦Ag₈SnSe₆中的離子擴散和晶格動力學😐，確定了巨聲子非諧性的關鍵相互作用🍦，為設計新型高性能熱電材料以及固態電解質提供了新的材料設計思路。

由於該化合物中聲子的巨大非諧性，低能聲子峰在15 K左右開始展寬🐥，即聲子非諧性散射開始占據主導作用。在50 K以上🚇↖️，逐漸開始分辨不出聲子特征峰，表現出強聲子非諧性散射（圖1a-1d）。這一行為可以由機器學習分子動力學模擬很好的復現（圖1e）。

圖1. 低能聲子譜線展寬

該化合物中的Ag離子擴散行為與其周圍的“弱化學鍵自由Se原子”有著很強的耦合作用，這也是該材料快離子相變的起源👩🏿‍⚖️。調控“弱化學鍵自由Se原子”的晶體學占位可以顯著Ag離子的均方位移🪯，這為調控該化合物的離子輸運行為提供了有效途徑。

圖2. Ag離子的擴散動力學

裴艷中教授、美國杜克大學Oliver Delaire教授和上海交通大學馬傑教授為論文共同通訊作者，中國散裂中子源任清勇副研究員和美國杜克大學博士後Dr. Mayanak K. Gupta為論文共同第一作者🦻🏻。

論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41563-023-01560-x