晶體通常以其肉眼無瑕的外觀而受到人們稱讚，可是它們在納米級上可能會具有缺陷，而這些缺陷可能會影響各種高科技設備中使用的晶體材料的熱和熱傳輸特性。
加州大學的一個國際研究團隊採用最新開發的電子顯微鏡技術，首次測量了單個晶體斷層處的聲子光譜，即晶格中的量子機械振動，並發現了靠近瑕疵聲子的傳播。該重要發現研究論文，題為：「電子顯微鏡成像的單缺陷聲子」，發表在最近的《自然》雜誌上。
如圖所示研究團隊首次所測得的聲子在晶體中單個缺陷中的量子機械振動，該突破性進展為在高科技設備中使用更好的工程材料打開了大門。
論文主導、加州大學物理與天文學教授、化學工程與材料科學教授、潘曉慶（Xiaoqing Pan）說：「在晶體材料中經常發現點缺陷、位錯、堆垛層錯和晶界，這些缺陷會對物質的導熱性和熱電性能產生重大影響。」
他說，有足夠的理論來解釋晶體缺陷和聲子之間的相互作用，但由於較早的方法無法在足夠高的空間和動量解析度下觀察現象而很少進行實驗驗證。研究團隊在透射電子顯微鏡中通過空間和動量分辨振動光譜學的新發展解決了這個問題。
通過這種技術，科學家能夠觀察到立方碳化矽中的單個缺陷，立方碳化矽是一種在電子設備中具有廣泛應用的材料。研究團隊很熟悉碳化矽的缺陷是如何表現為堆垛層錯的，理論工作已經描述了熱電的影響，但是現在研究小組已經提供了直接的實驗數據來表徵聲子與單個缺陷的相互作用。
潘說：「我們的方法為研究材料固有和非固有缺陷的局部振動模式開闢了可能性，」 「我們希望它在許多不同領域中找到重要的應用，從對引起熱阻的界面聲子的研究到為優化材料的熱性能而設計的缺陷結構。」
參考：Xingxu Yan et al. Single-defect phonons imaged by electron microscopy,Nature(2021). https://www.nature.com/articles/s41586-020-03049-y