物理科学与工程学院陈杰教授课题组在APS期刊 《Physical Review B》上发表了题为“Characteristics of distinct thermal transport behaviors in single-layer and multilayer graphene”的研究文章，揭示了石墨烯体系中第二声现象的微观振动模式起源，为理解二维材料中声子流体动力学输运提供了有价值的见解。
在描述固体传热的研究中，除了被大量研究的弹道和扩散输运图像外，声子流体动力学（hydrodynamics）输运是另外一种独特的声子输运图像。第二声现象作为声子流体动力学输运的重要特征，是目前非傅里叶热传导领域的研究热点。
图1 （a）10 ps时刻的采样区域示意图（虚线框）：峰I对应于弹道峰，峰II对应于第二声峰，非温度峰区域对应于扩散区域。（b-d）展示的是（b）弹道峰，（c）第二声峰以及（d）扩散区域投影到单层石墨烯声子谱上的归一化模式能量。（b-d）中的颜色代表声子模式能量的大小。
在本工作中，我们通过瞬态热传导模型（图1（a））研究了单层石墨烯、多层石墨烯以及石墨中第二声的基本特性。通过传播速度和模式能量分析，很好地揭示了第二声峰、弹道峰和扩散区域的输运特征。模拟结果表明，弹道峰由面内LA声子和TA声子主导（图1（b）），第二声峰主要由面外ZA声子贡献（图1（c））。与上述区域不同的是，不同偏振的声子模式都同等地参与了扩散区域内的能量输运（图1（d））。相比于弹道峰，第二声峰具有携带大量热能、持续时间长、耗散速率低的特点。这也是单层石墨烯高热导率的原因。此外，由于增加石墨烯的厚度能显著得增加U过程散射的权重，第二声现象会因此变弱。最后，我们还观测到了第二声存在的狭窄温度窗口，其上限为110 K，因为U过程散射会随着温度的继续升高而占据主导地位。
陈杰教授课题组博士生俞崔前为论文第一作者，张忠卫和陈杰教授为论文共同通讯作者。该项工作得到了国家自然科学基金，上海市科学技术委员会以及上海浦江项目的支持。
文章链接：https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.107.165424
