《自然物理评论》(Nature Reviews Physics)于2月21日在线发表了题为“Thermal conductivity of materials underpressure”的长篇综述，系统介绍和总结了气态、液态和固态材料在高压下的热导率测量方法和研究结果，以及相关的热输运机制，并对未来研究方向进行了展望。北京高压科学研究中心是论文的第一作者单位，中心博士后周岩和博士生董作院为论文的第一、二作者，陈晓嘉研究员为论文的通讯作者。这项工作是与台湾中央研究院地质科学研究所的谢文斌研究员和美国华盛顿卡内基研究院地球与行星实验室的Alexander F. Goncharov共同完成的。
论文链接：
https://www.nature.com/articles/s42254-022-00423-9
压力作为一个物理维度和窗口以调节材料的物理和化学性质，带来了丰富多彩和前所未有的现象和结果，极大地促进了人们对压缩条件下特殊性质的认知，不仅用以检验难以在常规条件下获取的技术参数和理论，更将高压下实现的卓越特性在常规压力条件下俘获和重现。尽管高压技术在过去一个世纪中在材料性能的表征和研究方面取得了突破性的进展，然而高压下材料热导率的准确测量长期以来一直是高压研究的难题，至上世纪末热导率的测量仍受限于几个GPa的范围，远比同期其他技术表征落后将近2个数量级。极大地限制了材料高压下热传导、热扩散和热管理的研究，制约了材料热性质的理解和发展。大的技术瓶颈突破来源于光谱测量手段的引入，超过10 GPa热导率数据的获取也只是近15年的事情，由于论文作者主要参与了这些技术的发展和推动，在这篇综述中他们提供了详实的技术细节和应用场景。
在这篇文章中，他们总结了近年来高压热导率研究进展，着重介绍了热电材料、地球内部的矿物材料以及半导体材料在高压下的热导率研究成果，总结了压力对这些材料热导率改变的行为和物理机理，以及隐含和潜在的科学意义。对于热电材料，研究表明压力可以有效调制热电材料的热电优值，发现当压力到某个临界值时，所研究的热电材料会发生拓扑相变，从而导致热电性能增强，这些发现为提高了材料的热电表现提供了一条新途径。对于地学材料，他们指出可以通过两种光学表征方法结合理论计算对地球深部矿物的热输运机制进行多方面探索，从而了解地球内部的热力学活动。而对于许多半导体材料来说，高压下的热导率研究主要还是依赖于理论计算，并且半导体材料的热导率表现出复杂的各向异性，实验技术方面还需要更进一步的改进。最后，他们对高压下热导率的研究所面临的机遇与挑战进行了展望。
示意图: (a) 产生高压的金刚石对顶砧装置；(b) 高压下热导率的光谱表征方法；(c)热导率随压力的演化。
北京高压科学研究中心的始创主任毛河光院士，作为国际高压科学和技术研究的领导者，一直关注和支持该项目的研究和进展。他认为，高压热导率测量技术的突破，为揭示和理解前面尚无法触及的材料热传导行为提供独特的视角，有利于全面认识材料的物理和化学性质，未来可能产生许多重要科学发现。
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