2026年4月10日，南京师范大学能源与机械学院先进热管理技术与功能材料科研团队在《Materials Today Physics》期刊上发表题为《Evolution of phonon transport across structural phase transitions in MgAgSb》最新研究论文，系统研究了α、β、γ三相MgAgSb的晶格热输运性质。25级硕士研究生尚鹭曼为本文第一作者， 青年教师吴钰和刘晨晗教授为本文通讯作者。

【研究背景】理解热电材料中的晶格热输运对于基础声子物理和性能优化至关重要。MgAgSb作为一种极具前景的近室温p型热电材料，因其优异的热电性能、空气稳定性和环境友好性而受到广泛关注。该材料在升温过程中经历连续的结构相变：从α相（<560 K）转变为β相（~ 560–650 K），再转变为γ相（> 650 K），伴随显著的原子数减少、对称性演化和原子重排。其中，α相为半导体，因优异电输运性能和本征低晶格热导率而极具热电应用潜力，而β相和γ相则呈现金属性行为。

然而，对于 MgAgSb 在α → β → γ相变过程中热输运的统一理解仍然缺乏，特别是涉及粒状热导（κ_p）、波状热导（κ_c）、四声子散射（4ph）以及声子电子散射（ph-el）的认识尚不明确。传统的声子气体模型在结构复杂或强非简谐体系中往往失效，需要建立同时包含κ_p、κ_c、4ph和ph-el的统一理论框架。

【研究结果】研究发现，四声子（4ph）散射在β和γ相中显著压制κ_p，而在结构最复杂的α相中作用甚微。与此同时，声子-电子（ph-el）散射在金属性的β和γ相中提供了额外的热阻贡献。值得注意的是，波状热导κ_c在α相中最为显著，其占总κ_L的比例高达44%，这得益于α相密集平坦的声子谱提供了大量频率相近的声子对，促进了相干声子隧穿。

在温度依赖性方面，β相的κ_p随温度变化微弱，其根源在于Gruneisen参数随温度升高而降低，表明非谐性逐渐减弱；而α相中κ_c随温度升高显著增强，且κ_p本身温度依赖性较弱，导致总κ_L呈现降低的温度指数，κ_L~T^-0.33。

进一步的散射率分析表明，在β和γ相的低频区域（1-2.5 THz），4ph散射率与三声子（3ph）散射率达到同一量级，这与κ_p在考虑4ph后的显著降低直接对应。而ph-el散射在极低频（0-1THz）区域对部分声子模具有重要影响。相空间分析显示，从α相到γ相，三声子相空间（P₃）。随结构简化显著下降，而四声子相空间（P₄）下降幅度较小，这使得γ相中4ph的贡献相对更加重要。                                

图1. (a-c) MgAgSb的α相、β相和γ相的 结构图 。橙色、蓝色和银色分别代表Mg、Sb和Ag原子。计算得到的三个相在3ph、3+4ph、3+4ph+ph-el散射下的 (d) 粒 状 热导( κp ) 和 (e) 波 状 热导( κc )。(f) 计算得到的晶格热导率( κL )与实验数据对比，以及 κc 占 κL 的比例。相变点：A (575 K)，B (650 K)。

图2. (a) α相、(b) β相和(c) γ相分别在300 K、575 K、650 K下的声子群速度(v_g)在声子色散关系上的投影。(d) α相、(e) β相和(f) γ相分别在300 K、575 K、650 K下的κ_p和κ_c随声子频率的累积与微分分布，以及声子态密度(phDOS)。

图3. (a) α相、(b) β相和(c) γ相分别在300 K、575 K、650 K下的声子散射率。(d) α相、(e) β相和(f) γ相分别在300 K、575 K、650 K下的三声子(P₃)和四声子(P₄)相空间。

图4. (a) α-MgAgSb、(b) β-MgAgSb和(c) γ-MgAgSb在各自对应温度下的Grüneisen参数(γ_G)。

【研究意义】该研究建立了MgAgSb相变过程中相依赖热输运的完整微观图像，阐明了粒状热导、波状热导、四声子散射和声子电子散射在其三个相中的不同作用。研究结果表明，在β相和γ相中四声子散射和声子电子散射不可忽略，而波状热导在α相中占据重要地位。结果澄清了相变过程中“结构对称性—散射机制—热导率变化”之间的内在关联，为理解MgAgSb各相的热导变化及差异提供了关键理论依据。

（内容来源：南京师范大学能源与机械工程学院）

（论文链接： https://doi.org/10.1016/j.mtphys.2026.102097 ）