Konstruktionen av värmeledningsförmåga i halvledande material är en central fråga i utvecklingen av modern nano- och mikroteknik. Låg värmeledningsförmåga är viktig i material som används i tekniska produkter, eftersom det ger värmeisolering och därmed minskad värmeöverföring, se till att produkterna inte överhettas.

Någon representant för familjen clathrates, komplexa kemiska ämnen som innehåller burar som fångar atomer, är särskilt viktiga att studera i detta sammanhang eftersom de har en rad viktiga tillämpningar. Deras termoelektriska egenskaper gör dem mycket effektiva för att skörda bortkastad värme och omvandla den till elektricitet. Hittills, lite är känt om den exakta mekanismen som ligger till grund för den låga värmeledningsförmågan som observeras i komplexa strukturer som klatrater.

Termisk energi bärs huvudsakligen av atomvibrationer som kallas fononer, som är kvasipartiklar som rör sig med ljudhastigheten. Värmeutbredning och konduktivitet är direkt relaterad till den tid en fonon färdas i ett material innan den kolliderar med defekter eller andra fononer. Denna karakteristiska tid kallas fononlivslängden. Som sådan, Att förstå individuella fononegenskaper är också grundläggande för tillämpningar som spillvärmeåtervinning genom termoelektrisk omvandling. Förkortning av fononens livslängd ger låg värmeledningsförmåga, och detta är en strategi som har lett till omfattande forskning kring "fononteknik" av termoelektriska material.

Phonons livslängd är en av nyckelparametrarna för att kvantifiera värmeledningsförmåga, men att komma åt och mäta det är extremt utmanande både experimentellt och teoretiskt. Den experimentella utmaningen beror på gränserna för instrumentella förmågor; upplösningen som uppnås med state-of-the-art experimentella tekniker är för begränsad för detta mål. Hittills, inga experimentella bevis för en markant minskning av fononlivslängder i klatrater har hittats med oelastiska neutron- eller röntgenspridningstekniker. Ändå, det har gjorts betydande framsteg nyligen med beräkningsmetoder för halvledare med enkla strukturer. För att matcha dessa framsteg, det är nödvändigt att validera teoretiska förutsägelser genom att experimentellt mäta livslängden för individuella fonontillstånd.

En studie med flera partners publicerad idag i Naturkommunikation har tagit itu med utmaningar för mätning av fononlivstid med hjälp av oelastisk neutronspridning (INS) och neutronresonant spin-eko (NRSE) experiment utförda vid Institut Laue Langevin (ILL) i Grenoble, och Laboratoire Léon Brillouin (LLB) Saclay, Frankrike. Medan den "glasliknande" värmeledningsförmågan hos klatraten Ba7.81Ge40.67Au5.33 ofta har associerats med en kort fononlivslängd, denna studie mätte för första gången hittills en mycket lång fononlivslängd med hjälp av ett stort enkristallprov av hög kvalitet. Studien avslöjar också en dramatisk minskning av antalet fononer som bär värme, som ett resultat av strukturell komplexitet, möjliggör en enkel och allmän förklaring av den låga värmeledningsförmågan hos komplexa material.