纪念重大科学发现200周年！同济团队发表顶刊文章

4月22日，《现代物理评论》（Reviews of Modern Physics）在线发表了题为“Interfacial Thermal Resistance: Past, Present and Future”的长篇综述（共50页）。作者分别是同济大学物理科学与工程学院/声子学与热能科学中心陈杰教授和徐象繁教授，南京师范大学量子输运与热能科学中心周俊教授，南方科技大学材料科学与工程系、物理系李保文教授。文章从理论模型和实验技术进展角度，全面介绍了近30年来界面热阻领域的长足发展。此文也是为纪念界面热阻发现200周年而作。

对于诸多微纳元器件，不管是电子元器件还是光电元器件，散热问题决定了该器件的工作性能和稳定性。高密度元器件在高速工作过程中产生大量热量，如果不能及时将热量疏导出去，就会导致元器件因局部温度过高(即通常所说的热点)而导致性能降低甚至被烧坏。如何将过多的热量传导出去，使得元器件在相对低温环境下运行，是现代半导体工业面临的普遍问题。目前已知大部分电子器件均为半导体或金属，其热能的主要载体为声子或电子，因此研究微纳元器件中的散热问题便成为声子热传输和电子热传输等研究领域的关键物理问题。在集成电路中，热量从元器件扩散到封装外壳需要通过无数个半导体-半导体、半导体-金属界面。因此，器件散热问题涉及到物理及工程学上最基本的科学问题：热量（声子、电子）如何通过各种界面？电子-声子耦合、声子-声子耦合如何影响界面热阻？由于界面两侧材料组分和结构的差异，热载流子在穿过界面时会受到散射使得界面两端在微纳尺度下产生温度跳变，由此可以定义界面热阻。物理学家傅里叶(J. B. J. Fourier)最早于1822年发现了界面处的温度跳变。他发现从固体表面流失到周围气体中的热量与温差有一定关系，并提出了“外导率”(External conducibility)的概念。之后，物理学家泊松(Poisson)于1835年提出通过界面的总热量与两边温差成正比，并定义了界面热阻。波兰科学家斯莫鲁超夫斯基(M. Smoluchowski)和前苏联科学家卡皮查(P. L. Kapitza)分别于1898年和1941年定量测量了固体-气体和固体-液体的界面热阻。本文为《现代物理评论》上发表的第三篇关于界面热阻的长篇综述文章。值得一提的是，前两篇分别发表于1969年和1989年，都集中于讨论宏观材料及宏观界面的传热问题，其中普遍采用的界面热阻理论，如AMM和DMM，都是简单地假设声子以弹道传输或者扩散传输的形式通过界面，因此两个模型预测的结果与实验结果都有数量级的偏差。同时，由于测量手段的匮乏以及实验难度过大，前期界面热导实验研究工作也相对落后。随着纳米技术的发展以及纳米制备工艺的完善，同时得益于现代大型计算机的运用，界面热阻研究在近30年来取得了长足的发展。鉴于此，本文从理论模型和实验技术进展角度全面介绍了近30年来该领域的长足发展，讨论了固体-固体界面、固体-液体界面及固体-气体界面热阻的研究进展及存在问题，重点阐述了界面及温度的定义、界面热阻几何效应、界面热阻调控等问题，并讨论了AMM、DMM及两温度模型的适用性。该研究工作得到了基金委重大项目/重点项目/面上项目、科技部重点专项、广东省重点领域研发计划和上海市科委的资助。相关负责人介绍，《现代物理评论》是物理领域最权威的综述期刊，主要邀请物理学权威学者对领域进行评述和展望。《现代物理评论》创刊于1929年，至今以中国大陆科研机构为第一单位的论文不超过15篇。该论文的发表表明了同济大学团队在微纳尺度界面传热这一国际科技前沿领域的深厚积淀和引领地位。

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来源：物理科学与工程学院  

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