使用比沙粒还小的热传感器，工程师们测量了单个分子内的振动，或称为声子。
想象一下你在弹吉他——每次拨动琴弦都会产生音波，这些音波会振动并与其他波相互作用。
现在将这个概念缩小到一个单一分子，而不是声波，想象携带热量的振动。
科罗拉多大学博尔德分校保罗·M·雷迪机械工程系的工程师和材料科学家团队最近发现，这些微小的热振动，亦称声子，可以相互干扰，就像音乐音符一样——根据分子的“弦”组合方式，它们可以相互放大或抵消。
声子干扰在分子级别的室温下从未被测量或观察到。但该小组开发了一种新技术，能够展示这些微小的振动秘密。
这项突破性的研究由助理教授崔龙志及其团队领导。他们的工作得到了国家科学基金会的资助，并与来自西班牙（马德里材料科学研究所，马德里自治大学）、意大利（有机金属化合物化学研究所）和科罗拉多大学博尔德化学系的研究人员合作，最近发表在《自然材料》期刊上。
该小组表示，他们的发现将帮助全球研究人员更好地理解声子的物理行为，声子是所有绝缘材料中的主要能量载体。他们相信，这一发现有一天将革新未来电子和材料中的热散失管理。
崔说：“干扰是一种基本现象。如果你有能力在最小的层面上理解热流的干扰，你就可以创造出前所未有的设备。”
世界上最强的耳朵
崔表示，分子声学，即研究分子中的声子，已经存在了一段时间，主要是理论讨论。但你需要一些非常强的耳朵才能亲身“聆听”这些分子旋律和振动，而这种技术至今并不存在。
直到崔和他的团队介入。
该小组设计了一种比沙粒甚至锯末颗粒还小的热传感器。这个小探头非常特别：它具有创纪录的分辨率，使他们能够抓住一个分子并测量声子振动到最小的层面。
通过使用这些专门设计的小型热传感器，团队研究了单个分子结点的热流，并发现某些分子通路会导致破坏性干扰——声子振动的冲突，减少热流。
崔实验室的博士生赛·耶利沙拉是该研究的首位作者，他表示，使用新型扫描热探头进行的这项研究代表了室温下首次观察到破坏性声子干扰。
换句话说，该团队解锁了在所有材料产生的规模——分子层面上管理热流的能力。
耶利沙拉说：“假设你在海洋中有两道水波朝彼此移动。这些波最终会相撞，并在中间产生扰动。这就是所谓的破坏性干扰，这就是我们在这次实验中观察到的。理解这一现象可以帮助我们抑制热的传导，并在极小且前所未有的尺度上提高材料的性能。”
微小分子，巨大潜力
开发出世界上最强的耳朵来测量和记录前所未见的声子行为是一回事。但这些微小的振动究竟能够做些什么呢？
耶利沙拉说：“这仅仅是分子声学的开始。当今材料和电子产品在热散失方面有一长串问题。我们的研究将帮助我们研究分子的化学、物理行为和热管理，以便能够解决这些问题。”
以有机材料（如聚合物）为例。其低热导率和对温度变化的易感性往往带来很大的风险，如过热和降解。
也许有一天，在声子干扰研究的帮助下，科学家和工程师可以开发出一种新的分子设计。将聚合物转变为一种金属般的材料，能够利用建设性的声子振动来增强热传导。
这种技术甚至可以在热电领域发挥重要作用，即利用热量来发电。在这一领域，减少热流并抑制热传导可以提高热电设备的效率，并为清洁能源的使用铺平道路。
该小组表示，这项研究只是他们研究冰山一角。他们与科罗拉多大学博尔德化学家之间的下一个项目和合作将扩展这一现象，并利用这项新技术探索其他分子级声学特征。
耶利沙拉说：“声子几乎在所有材料中旅行。因此，我们可以利用我们的超灵敏探头引导任何天然和人工制造材料在最小可能的层面上取得进展。”
