［本站讯］近日，山东大学前沿交叉科学青岛研究院刘林华教授团队与合作者在热光子输运研究中取得重要进展，发现了低维受限多体系统中的超弹道热光子输运现象，打破了经典的弹道热输运极限，相关成果以“Superballistic Transport of Thermal Photons in Confined Many-Body Systems”为题发表在Physical Review Letters。山东大学为第一完成单位，前沿交叉科学青岛研究院副教授董健为论文第一作者，哈尔滨工业大学教授赵军明、法国CNRS和巴黎萨克雷大学研究员Philippe Ben-Abdallah为共同通讯作者，刘林华教授参与了论文的讨论和指导。

在热输运的经典认知中，热量的传递效率存在一个“理论上限”—弹道输运，对应了载热子（如电子、声子、光子等）的无散射输运模式。常见的三维块体材料，内部载热子频繁碰撞散射，通常满足标准热扩散规律，热导率与体系尺寸无关。在低维材料中，声子的热输运可表现出超扩散甚至弹道输运等反常输运行为，但仍受限于弹道输运极限。

图 不同限域空间中纳米粒子串的多体辐射换热(左上)，其辐射热导的标度规律(右上)，色散关系(左下)和等效热导率的尺寸依赖性(右下)

此项研究中发现：受限多体系统中的热光子输运可突破体系的弹道输运极限。研究团队基于多体辐射换热理论建立了低维空腔环境下纳米粒子串辐射换热的随机游走模型，验证了这一超弹道输运模式，其等效热导率随体系尺寸的增加满足超线性增长规律（一维体系在弹道输运极限下为线性增长）。结合时域耦合模式理论分析了体系的色散关系，发现随着多体系统增长，空腔模式增强的长程多体相互作用会激发出传播更快、效率高效的非局域电磁本征模式。这种多体协同作用是形成以上超弹道热输运模式的关键原因。该研究预测了一种新的高效热输运模式，同时也为微纳器件和量子系统的热管理、信息处理以及能量输运提供新的设计思路。

该研究获得国家自然科学基金项目（面上、青年）和山东省自然科学基金面上项目资助。