在高功率密度芯片和后摩尔时代电子器件中，散热能力已成为影响器件可靠性的关键因素。由二维材料构成的范德华异质结因具备可设计的能带结构和优异电学特性，被认为是下一代集成器件的重要候选体系。然而，其应用长期受限于界面导热能力不足。

当不同二维材料叠加时，由于晶格振动模式（声子）不匹配，界面热输运效率较低，典型界面热导仅约10 MW·m^-2·K^-1量级，难以满足高集成器件的散热需求。

长期以来，学界普遍认为，在层间引入扭转角会破坏晶格对称性、增强无序散射，从而降低界面导热能力。因此，“扭转”通常被视为抑制热输运的因素。

但清华大学航天航空学院张兴、马维刚团队的最新研究对这一认知提出了修正。研究人员构建了不同扭转角的MoS₂/WS₂双层异质结构，并系统测量其界面热导。结果显示，当转角由0°增加至38°时，界面热导由约12 MW·m^-2·K^-1提升至约30 MW·m^-2·K^-1，增幅约2.5倍。

同转角异质双层MoS₂/WS₂结构的制备与表征

这一现象源于异质界面特有的热输运机制。研究表明，MoS₂/WS₂界面的热传导以非弹性声子散射为主导机制。在未扭转界面中，非弹性散射已贡献约55%的界面热导；当转角约为21.8°时，该比例提升至约70%。扭转角的引入改变了界面声子能量分布，使高频光学声子更有效地通过频率转换激发对侧声学声子，从而增加跨界面传热通道。

这也解释了同质界面与异质界面在扭转调控下表现差异的原因：同质界面通常以弹性散射为主，扭转会引入额外热阻；而异质界面原本依赖非弹性散射，扭转强化了这一主导机制，因此表现为导热增强。

扭转对同质和异质界面导热的对比

在实验方面，团队建立了高质量大面积转移工艺，实现0°~60°范围内可控扭转角结构制备，并结合高通量时域热反射（TDTR）Mapping技术与神经网络算法，实现界面热阻的空间统计测量，提高了数据可靠性。

基于上述发现，研究团队提出“微扰增强理论”：在以非弹性散射主导的异质界面中，引入扭转、滑移或波纹等界面微扰，可重构声子能量分布，进而实现界面热导的可控提升。这一成果为二维材料界面热调控提供了新的物理图像，也为高功率电子器件热管理设计提供了理论依据。

目前该研究成果已发表于《PNAS》期刊，标题为 Anomalous enhancement of thermal conduction across twisted van der Waals heterointerfaces。

粉体圈编译