Publicerad i tidskriften Physical Review Letters, ger forskningen ett sätt att förstå beteendet hos termisk transport i isolatorer och halvledare när de utsätts för extrema förhållanden som höga temperaturer eller tryck.
Studien ger också insikter i designen av nästa generations termoelektriska material, som skulle kunna användas för att effektivt omvandla värmeenergi till elektrisk kraft.
"Vad vi har visat här är ett nytt sätt att tänka på termisk transport i isolatorer och halvledare", säger Dr Joshua Kretchmer, biträdande professor vid School of Physics vid Georgia Tech och huvudförfattaren till studien. "Våra resultat kan leda till nya material med förbättrade termiska egenskaper och bana väg för effektivare energiomvandling."
En av de viktigaste resultaten av studien är rollen av "kvasipartiklar" i transporten av värme i fasta ämnen. Dessa kvasipartiklar är excitationer i kristallgittret som beter sig som partiklar, men de är inte verkliga, observerbara objekt.
I konventionella material domineras värmetransporten ofta av vibrationer från atomer i kristallgittret, vilket kan ses som en uppsättning fjädrar och massor. Men i vissa material, såsom de som används i termoelektriska enheter, domineras värmetransporten av rörelsen hos kvasipartiklar, såsom elektroner eller hål.
Forskarna fann att interaktionen mellan dessa kvasipartiklar och atomvibrationerna spelar en avgörande roll för att bestämma de termiska transportegenskaperna hos ett material. Speciellt fann de att när interaktionen är stark minskar värmetransporten.
"Vårt arbete visar att samspelet mellan kvasipartiklar och vibrationer är otroligt viktigt för att förstå termisk transport i fasta ämnen", säger Dr. Kretchmer. "Genom att kontrollera denna interaktion kan vi potentiellt designa material med mycket högre eller lägre värmeledningsförmåga, beroende på den önskade tillämpningen."
Dr. Kretchmer och hans team arbetar nu med att tillämpa det teoretiska ramverket för design av nya termoelektriska material och att förstå de termiska transportegenskaperna hos andra material, såsom topologiska isolatorer och supraledare.
