网易首页 > 网易号 > 正文 申请入驻

山东大学董健&刘林华与哈工大赵军明PRL:受限多体系统中热光子的超弹道输运

0
分享至

以上是广告


论文信息:Dong J, Zhao J, Ben-Abdallah P, Liu L. Superballistic transport of thermal photons in confined many-body systems. arXiv:2603.16296 (2026).

论文链接:https://doi.org/10.48550/arXiv.2603.16296


研究背景

弹道输运(系统尺寸小于载流子平均自由程时出现)一直被视为能量传递的终极极限——1D体系中有效热导率随长度标度 κ∼Lᵃ,弹道极限对应 α=1。本文打破这一认知:在约束于腔体内的稀释等离激元纳米颗粒链中,预测到超越弹道极限的超弹道辐射热输运 regime,有效热导率呈现超线性标度 κ∼L¹·⁵,其物理根源是腔引导模式对长程相互作用的放大。


研究内容

模型体系:考虑半径 R=25 nm 的 SiC 纳米颗粒周期链,晶格常数 Λ,分别嵌入三种环境:自由空间(3D)、平面腔中平面(2D,亚波长间隙 h=1 μm)、圆柱腔轴线上(1D,内径 D=7 μm)。SiC 颗粒在室温下激发表面声子极化激元(SPhP)。

近平衡态下,局域能量守恒由 Chapman-Kolmogorov 主方程描述,辐射热导通过 Landauer 透射系数计算:



图1.自由空间、平面腔或圆柱形腔中等离激元纳米粒子链的草图。降低光子维度加强了沿链的远程多体相互作用,能够协同形成驱动弹道和超弹道运输的加速制导和辐射模式。

三种约束下的标度律跃迁:在深近场区,三种几何均呈现由短程倏逝耦合主导的相似衰减。但在较大分离下渐近行为迥异:自由空间 G∼z⁻²(超扩散);平面腔中 G∼z⁻¹(长程序弹道输运);圆柱腔中当 z≳1 μm 时 G 几乎与分离无关,标度 G∼z⁰——在 Lévy 飞行框架下对应有效指数 α≤0,标志着超越传统弹道极限的超弹道输运 regime。


图2. N=10,001 SiC纳米粒子在自由空间或限制在平面或圆柱形腔中沿链的辐射输运。(a)中心NP和位于z位置的其他NPs之间热导G的空间缩放(符号),显示为具有不同晶格常数的链;为了比较,两个孤立的NPs之间的G被绘制为实线。(b)在不同分离点z处的NPs之间的透射系数Tij,对于λ=0.2μm的链。插图显示了当只有中心NP被热激发时电磁场局部态密度的电分量的空间分布。

色散关系与群速度增强:通过时域耦合模理论将颗粒链映射为耦合谐振子,提取本征频率与色散关系。自由空间中模式色散平坦、群速度低;平面腔中横模与基模腔模在窄频谱范围耦合,群速度显著提升;圆柱腔中横模在更宽频带内与引导模发生反交叉,群速度急剧增大(甚至呈现超光速,但不意味着能量超光速传输)。对应的传播长度 ξₖ 在平面腔中增强约一个量级,在圆柱波导中增强两个量级,达数百微米。


图3.在(a)自由空间、(b)平面空腔和(c)圆柱空腔中,通过本征频率映射获得的粒子间行间距λ=0.2µm、总长度L=104µm(N=50,001)的SiC纳米颗粒链的色散关系。这里,T表示横模(x和y极化激发),L表示纵模(z极化激发)。插图显示了光线附近和耦合区域内的归一化群速度vg、k/c和传播长度ξk。(d)不同长度链的快速本征模分布。

有效热导率的超线性标度:基于多体辐射热输运理论严格计算热流,提取有效热导率 κ_eff。当 L≲10 μm 时,三种情形 κ_eff 近乎恒定(近场主导);L 增大时,平面腔呈线性标度(弹道),圆柱腔呈超线性增长,指数约 1.5——确凿的弹道与超弹道输运证据;自由空间则缓慢增长。稳态温度剖面显示:短链近似线性(扩散或准扩散);长链内部出现平坦温度平台、边界处有陡降——对应 Casimir 类 regime,链内部通过集体长程相互作用达到平衡,能量交换主要发生在接触端;1D 腔的平台最长、边界跳跃最陡,为反常长程热输运提供额外证据。


图4.自由SiC和受限SiC纳米颗粒链(R=25nm)在T=300K时的有效导热系数κev与链长L的比例关系,晶格常数λ=0.2µm。平面腔的间隙尺寸为h=1µm,圆柱体直径为D=7µm。插图:稳态区域沿链的温度分布。


结论与展望

本文证明:约束于腔体内的等离激元纳米颗粒链,即使在稀释构型下也能达到弹道输运;圆柱腔中输运进一步超越经典弹道极限,进入超弹道 regime;其物理机制是腔引导模介导的长程相互作用的协同放大,产生加速的、空间离域的输运本征模,并使有效热导率随系统尺寸呈现超线性标度。该工作为超快光子热输运提供了理论框架,在纳米尺度热管理、信息处理与量子技术中具有潜在应用价值。

后续方向:① 实验验证 SiC 纳米颗粒链在圆柱腔中的超弹道输运;② 拓展至其他极化材料纳米颗粒与其他腔几何;③ 探索超弹道光子热输运在热管理、量子热力学与片上光子热路由中的应用。

特别声明:以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布,本平台仅提供信息存储服务。

Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.

相关推荐
热点推荐
伊朗官员:结束地区各战线战事是伊方根本条件之一

伊朗官员:结束地区各战线战事是伊方根本条件之一

财联社
2026-11-11 17:50:03
马斯克:如果今天我破产了,绝对不会去找工作,而是去做一件能快速产生现金流,并且可以复制放大的事

马斯克:如果今天我破产了,绝对不会去找工作,而是去做一件能快速产生现金流,并且可以复制放大的事

元气科技馆
2026-10-09 16:59:28
我感觉其实不用再猜了,万斯大概率就是下一届美国总统。真要是他入主白宫,首当其冲的就是中国

我感觉其实不用再猜了,万斯大概率就是下一届美国总统。真要是他入主白宫,首当其冲的就是中国

扶苏聊历史
2026-10-26 17:56:12
数百万信访件源源到来!中央巡视组的威慑力,到底有多强?

数百万信访件源源到来!中央巡视组的威慑力,到底有多强?

细说职场
2026-11-11 14:57:56
夺中超金靴+入选最佳阵容!27岁外援迎归化契机,加盟国足或可顶替武磊成核心

夺中超金靴+入选最佳阵容!27岁外援迎归化契机,加盟国足或可顶替武磊成核心

篮球圈里的那些事
2026-11-11 17:54:49
越来越多人得胰腺癌,医生揭露凶手,竟是冰箱久放的3种食物

越来越多人得胰腺癌,医生揭露凶手,竟是冰箱久放的3种食物

健康科普365
2026-10-03 22:25:05
CBA新赛季退步最大的五位球员:MVP正负值-55创历史最差

CBA新赛季退步最大的五位球员:MVP正负值-55创历史最差

大卫的篮球故事
2026-11-11 18:20:42
拉夫罗夫曾言:莫斯科将把所有历史上的俄罗斯土地归还其合法家园

拉夫罗夫曾言:莫斯科将把所有历史上的俄罗斯土地归还其合法家园

影孖看世界
2026-10-13 23:32:38
记者:欧洲俱乐部被JJ-加布里埃尔家人的要求搞得焦头烂额

记者:欧洲俱乐部被JJ-加布里埃尔家人的要求搞得焦头烂额

懂球帝
2026-11-11 13:31:55
《GTA6》中国巨幅广告长达72米!连公车都被涂满

《GTA6》中国巨幅广告长达72米!连公车都被涂满

游民星空
2026-11-10 15:55:13
1979年,一名步兵班副班长缴获了4门高射炮,团长本以为他会把炮上交,谁知他调转炮口,仅用20发炮弹就扭转了整场战役

1979年,一名步兵班副班长缴获了4门高射炮,团长本以为他会把炮上交,谁知他调转炮口,仅用20发炮弹就扭转了整场战役

人生录
2026-11-11 00:05:16
尊界刹车事件又闹大了!突传诡异“召回”,炸翻全网

尊界刹车事件又闹大了!突传诡异“召回”,炸翻全网

鸣金网
2026-11-08 19:39:52
2027央视羊年“春晚”排成这样,我断言:观众看完,会站起来鼓掌

2027央视羊年“春晚”排成这样,我断言:观众看完,会站起来鼓掌

情感大头说说
2026-11-06 12:29:30
我姐在银行上班,2023年忽悠我485一克买了100克金条保值,砸进去4.8万;今年金价涨到800多,拿去卖时傻眼了

我姐在银行上班,2023年忽悠我485一克买了100克金条保值,砸进去4.8万;今年金价涨到800多,拿去卖时傻眼了

白马惊天剑
2026-11-07 08:59:18
大连英博成最大赢家!豪揽3大奖项,李国旭金帅,斯坦丘再获金球

大连英博成最大赢家!豪揽3大奖项,李国旭金帅,斯坦丘再获金球

奥拜尔
2026-11-10 21:30:10
火箭战勇士2利好1担忧!对手状态正佳,阵容占优势+3人发挥成关键

火箭战勇士2利好1担忧!对手状态正佳,阵容占优势+3人发挥成关键

董说体育
2026-11-11 10:10:27
中央亮剑!多地开启机关事业单位大整顿,这几类人受影响最大

中央亮剑!多地开启机关事业单位大整顿,这几类人受影响最大

职场资深秘书
2026-11-11 10:45:30
中超年度颁奖落幕:三大赢家两大输家 大连、国安、成都、泰山在列

中超年度颁奖落幕:三大赢家两大输家 大连、国安、成都、泰山在列

贵州小娟
2026-11-11 16:35:50
中方领导人APEC期间是否会与高市早苗举行会晤?外交部回应

中方领导人APEC期间是否会与高市早苗举行会晤?外交部回应

澎湃新闻
2026-11-11 16:23:03
1985年李讷再婚后带丈夫去探监,江青靠着墙端详了好一会儿,突然冒出一句话来,女婿王景清听完顿时愣住了

1985年李讷再婚后带丈夫去探监,江青靠着墙端详了好一会儿,突然冒出一句话来,女婿王景清听完顿时愣住了

磊子讲史
2026-11-10 15:16:13
2026-11-11 18:59:00
热质纳能 incentive-icons
热质纳能
传热、传质、纳米、能源
3120文章数 78关注度
往期回顾 全部

科技要闻

黄仁勋承认出轨:伤害了妻儿,毫无借口

头条要闻

牛弹琴:果然是一场闹剧 这个世界就没有特朗普做不到

头条要闻

牛弹琴:果然是一场闹剧 这个世界就没有特朗普做不到

体育要闻

大连足球这些年的起落,都从他身边经过

娱乐要闻

黄仁勋与黄乐合照曝光,吃饭氛围暧昧

财经要闻

72岁王健林重回“一号位”

汽车要闻

限时权益价8.88万 吉利星愿STAR限定系列发布

态度原创

艺术
数码
本地
时尚
公开课

艺术要闻

17位 国外画家笔下的女子

数码要闻

STEPX Neo体验:当手机开始理解意图,AI交互有了新玩法

本地新闻

乌兰察布:以前种土豆,现在种Token

蓝色+灰色、绿色+棕色,今年穿4组配色好看又减龄!

公开课

李玫瑾:为什么性格比能力更重要?

无障碍浏览 进入关怀版