热量在固体中传导，靠的是晶格振动——声子。想要隔热，就得把声子“拦住”。传统策略是降低声速或增强散射，但往往牺牲机械强度或依赖无序结构。有没有一种方法，能在不引入无序的情况下，从晶体内部结构本身“设计”出超低热导率？

同济大学裴艳中教授、陈志炜教授，上海交通大学马杰教授团队发现，在CsAg₂I₃晶体中，碘原子通过特定的空间对称操作形成了一种涡旋状振动模式，在亚晶胞尺度上诱导出动态的短程有序结构，就像给晶体内部装上了一层“减震器”。成果于2026年8月21日发表于《自然-通讯》。

单晶CsAg₂I₃在室温下的热导率仅为0.08 W/m·K，比大多数传统隔热材料还低，甚至优于许多无序材料。 红外热成像对比实验证实，它的隔热性能明显优于同类层状卤化物Cs₃Bi₂I₅。

利用“涡旋”拦住声子

CsAg₂I₃中的碘原子位于特定的晶格位点（Wyckoff 4c），这些位点允许晶体进行一种“旋转对称操作”。当温度升高时，碘原子不再只是简单地来回振动，而是形成了涡旋状的集体运动模式——原子像水流中的漩涡一样绕着某个中心旋转。这种涡旋运动的能量非常低（对应的声子频率仅0.15 THz），且具有强烈的非谐性（负的Grüneisen参数）。它们与携带热量的声学声子强烈共振，从而极大增强了声子散射，把热导率“压”到了极低水平。

Figure 1（涡旋振动模式构建）

从实验到理论的完整链条

同步辐射X射线漫散射清晰地捕捉到了来自涡旋振动的漫散射信号——在倒空间中呈现沿[101]和[10-1]方向的漫散射“棒”。这正是涡旋诱导的二维短程有序在倒空间的特征信号。分子动力学模拟完美复现了这些漫散射图案，并在实空间中直接“看到”了涡旋结构的动态演化——局域涡旋在晶胞尺度上形成约2个晶胞大小的短程有序区域，且随时间不断涨落。非弹性中子散射在极低能量处（约0.15 THz）观测到了额外的声子态密度。低温比热测量在6 K处观测到一个玻色峰，与0.15 THz的涡旋模式精确对应。拉曼光谱也捕捉到一个随温度升高而软化的光学声子模式。

Figure 2（涡旋诱导短程有序的实验与模拟验证）

性能：热导率低至0.08 W/m·K

CsAg₂I₃在室温下的热导率仅为0.08 W/m·K（沿a轴），不仅远低于大多数晶体材料，甚至优于许多非晶态和无序材料。热导率呈现明显的各向异性——沿a轴的热导率只有沿b轴的一半，这与涡旋振动被限制在ac平面内的结构特征完全一致。CsAg₂I₃的热导率随温度变化呈现典型的晶体行为（在25 K附近出现峰值），而非玻璃态的无序行为，证明其超低热导率源于涡旋振动这一本征物理机制，而非无序散射。

通过红外热成像对比实验，将CsAg₂I₃与Cs₃Bi₂I₅（一种已知的晶体隔热材料）放在343 K热台上，观察到CsAg₂I₃顶部的InSnBi合金（熔点320 K）基本未熔化，而Cs₃Bi₂I₅顶部的合金已完全熔化，直接证实了CsAg₂I₃的卓越隔热能力。

研究意义

第一，破解了隔热与力学性能之间的矛盾。 传统方法靠引入缺陷或纳米结构来降低热导率，往往牺牲机械强度。涡旋振动利用的是晶体自身的结构对称性，不破坏晶格长程有序，因此不会降低材料的力学性能。

第二，提供了一个“结构对称性设计”的新思路。 该方法依赖于特定的晶格位点（如Wyckoff 4c位点）及其允许的旋转对称操作。这意味着，在具有类似对称性的其他材料体系中，也可能找到类似的涡旋振动模式，从而实现超低热导率。这为理性设计隔热和热电材料提供了新的理论指导。

论文信息：Vorticity-induced short-range ordering for heat insulation in anisotropically bonded CsAg₂I₃，Nature Communications，2026，

DOI: 10.1038/s41467-026-76794-9

总结：

碘原子Wyckoff 4c位点的旋转对称操作诱导涡旋振动→极低频光学声子（0.15 THz）增强散射相空间→二维动态短程有序结构→室温热导率0.08 W/m·K→红外热成像验证卓越隔热性能。