5月18日，《自然材料》（Nature Materials）在线发表了材料科学与工程学院裴艳中教授团队及其合作者的研究论文“Extreme phonon anharmonicity underpins superionic diffusion and ultralow thermal conductivity in argyrodite Ag₈SnSe₆”。

快离子导体是一类具有优异电学性能和极低晶格热导率的固体材料，也是潜在的新型高性能热电材料。过去，研究人员从不同的物理图像出发，对快离子导体中低热导率与离子扩散的起源问题提出了各种机制阐述，但一直缺乏强有力的实验证据。本工作通过单晶生长、同步辐射X射线衍射、中子非弹性散射以及机器学习分子动力学模拟等方法，系统地研究了硫银锗矿Ag₈SnSe₆中的离子扩散和晶格动力学，确定了巨声子非谐性的关键相互作用，为设计新型高性能热电材料以及固态电解质提供了新的材料设计思路。

由于该化合物中声子的巨大非谐性，低能声子峰在15 K左右开始展宽，即声子非谐性散射开始占据主导作用。在50 K以上，逐渐开始分辨不出声子特征峰，表现出强声子非谐性散射（图1a-1d）。这一行为可以由机器学习分子动力学模拟很好的复现（图1e）。

图1. 低能声子谱线展宽

该化合物中的Ag离子扩散行为与其周围的“弱化学键自由Se原子”有着很强的耦合作用，这也是该材料快离子相变的起源。调控“弱化学键自由Se原子”的晶体学占位可以显著Ag离子的均方位移，这为调控该化合物的离子输运行为提供了有效途径。

图2. Ag离子的扩散动力学

裴艳中教授、美国杜克大学Oliver Delaire教授和上海交通大学马杰教授为论文共同通讯作者，中国散裂中子源任清勇副研究员和美国杜克大学博士后Dr. Mayanak K. Gupta为论文共同第一作者。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41563-023-01560-x