UCLA工程师发现室温下声子聚焦现象：可像光纤导光一样引导热量流动，为AI芯片与量子设备热管理开辟新路径

与热量均匀地向各个方向扩散（扩散传导）不同，该团队证明，声子可以沿着由材料晶体结构定义的聚焦、导向路径传播，这类似于光纤引导光线 。

他们是如何观测到的？

研究人员开发了一种基于尖端增强拉曼光谱的纳米级温度测量技术，以直接可视化热流模式 。

• 在传统材料中，他们观察到圆形、均匀的热扩散模式，这与普通的扩散现象一致 。
• 在硼化砷中，他们观察到了引人注目的射线状温度模式，这证实了热量正沿着特定的晶体方向被引导 。
• 热流模式随晶体取向发生可预测的变化：BAs的不同晶面表现出独特的六重、八重和四重聚焦对称性 。
• 这种量子声子行为在一微米甚至可能达到数十微米的距离内持续存在——这对于现代电子、光子和量子器件而言已经足够 。
• 实验结果与第一性原理理论计算高度匹配，证实了BAs中不同寻常的弱声子散射是其能够在室温下实现远距离波状传输的原因 。

对热管理的意义

电子器件与AI硬件——过热是制约微电子和AI硬件性能、可靠性和可扩展性的主要瓶颈。这项发现在室温下实现了对热量的纳米级精确引导、聚焦和再分配，为“量子热工程”开辟了可能性——即在芯片内设计预定的散热路线，而非依赖热量扩散后的整体式散热器 。

量子器件——在量子层面控制声子与电子及其他能量载流子相互作用的能力，有望推动量子信息处理和量子传感技术的发展，因为这些技术对精确的热环境控制极为敏感 。

更广泛的应用——这项发现还有望惠及航空航天系统、光电子器件以及下一代半导体封装等领域。这些领域此前已经可以利用BAs的高导热率（Hu团队先前的研究成果），而现在更可以结合定向热流控制技术 。

研究详情： 该研究于2026年7月23日发表在 《自然·物理学》（Nature Physics） 期刊上 。作者包括Man Li、Huan Wu、Zihao Qin、Chuanjin Su、Huu Duy Nguyen（UCLA在读/毕业研究生）以及Yongjie Hu 。该研究由美国能源部、国家科学基金会（NSF）和国立卫生研究院（NIH）资助 。