全球首次！中国科学家在一块固体晶体里，同时拍到“液态、玻璃态、晶态”三种声子行为共存。以前大家觉得晶体、玻璃、液体里的声子各过各的，这次被直接“破界”了。

这项成果来自中国科学院金属研究所磁性与热功能材料研究部李昺研究员团队，论文通讯作者是金属所李昺和南方科技大学何佳清，第一作者包括金属所博士生冯远文、大湾区大学谢琳副教授，还联合了大连理工大学唐大伟团队，并得到日本J-PARC、澳大利亚ANSTO中子机时支持。相关论文于2026年11月5日在《美国化学会志》（JACS）正式发表，金属所官网于11月6日发布新闻。

先说“声子”是什么。它不是真实的小虫子，而是材料里原子集体振动的一种“能量波”。材料导热、导电、离子传输，很多都跟它有关。可以把晶体想象成一栋整齐的大楼，声子就像楼里传递的脚步声；玻璃像乱堆的房间，脚步声容易被挡住；液体更像人群乱走，脚步声更难保持队形。

这次研究的材料叫AgCrSe₂，是一种层状超离子导体。它有个很特别的地方：铬和硒组成的骨架很稳，像大楼的钢筋；而银离子在高温下会在层间乱跳，像楼里突然挤进一群到处跑的人。于是，同一块晶体里就出现了“骨架有序、银离子无序”的奇特状态。

团队用高分辨非弹性中子散射，再结合第一性原理计算和分子动力学模拟，发现横波声子在不同方向上表现完全不同：有的还像正常晶体那样传播；有的逐渐失去清晰“队形”，更像玻璃里的声子；还有的因为银离子乱跳，表现出类似液体的特征。这就是“三种声子行为共存”的来由。

国际上，美国橡树岭国家实验室等团队早就发现AgCrSe₂在超离子态里，部分短波横波声子会被抑制，长波声子仍能存在，并把它和超低热导率联系起来。但这次中国团队更进一步，不是只说“某些声子坏了”，而是把类液态、类玻璃态、晶体态三种行为在同一单晶里直接区分出来，并和材料结构、热输运对应上。这个“直接观测+统一解释”的完整度，是目前公开报道里非常靠前的一步。

它的价值主要在基础科学和材料设计。第一，它打破了晶体、玻璃、液体在声子层面的传统边界，给统一热输运理论提供了关键实验证据。第二，它解释了为什么AgCrSe₂会有超低热导率和明显各向异性，也就是热量在不同方向上“跑得快慢不一样”。第三，它为热电材料设计开了新路：如果能让材料一边尽量不导热、一边又不妨碍导电，热电转换效率就有望提升。第四，这类超离子导体对固态离子传输研究也有参考价值，能帮助理解离子怎么在固体里快速移动。

简单说，这不是一篇只改数字的论文，而是把固体里“热怎么传、声子怎么走”的底层图景补上了一块关键拼图。对以后设计更高效的废热发电材料、低热导功能材料、离子传导材料，都会带来新思路。

图注： 用于直接观测声子行为的非弹性中子散射谱仪核心样品腔。科研团队将AgCrSe₂单晶样品放置于此，通过高能中子碰撞，捕捉原子振动的微观状态。图片来源： 中国科学院金属研究所官方公开科研资料。