室温で量子熱波を観測(UCLA engineers observe quantum heat waves at room temperature)

2026-07-23 カリフォルニア大学ロサンゼルス校((UCLA)

米カリフォルニア大学ロサンゼルス校(UCLA)の研究チームは、これまで極低温でしか観測できないと考えられていた量子熱波(Quantum Heat Waves)を室温で初めて直接観測した。研究では、グラファイト結晶にフェムト秒レーザーパルスを照射し、超高速電子回折法によって熱エネルギーの伝播を追跡した。その結果、通常の熱伝導のようにランダムな拡散ではなく、熱が波としてコヒーレントに伝わる「第二音(Second Sound)」に類似した挙動が室温で現れることを確認した。この現象は、グラファイト中でフォノン(格子振動)が高い協調性を維持することで生じ、従来のフーリエ熱伝導理論では十分に説明できない熱輸送メカニズムを示している。室温で量子熱波を利用できれば、半導体や高性能電子機器の熱管理、量子デバイス、超高速情報処理などへの応用が期待される。本成果は、熱輸送に関する基礎物理学を刷新するとともに、次世代ナノ材料・電子デバイス設計への新たな指針を提供する重要な成果である。

室温で量子熱波を観測(UCLA engineers observe quantum heat waves at room temperature)
H-Lab/UCLA. Visualization of ray-like heat flow in boron arsenide at 300 K (80°F)

<関連情報>

室温でのフォノン集束 Phonon focusing at room temperature

Man Li,Huan Wu,Zihao Qin,Chuanjin Su,Huu Duy Nguyen & Yongjie Hu
Nature Physics  Published:23 July 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41567-026-03335-y

Abstract

Wavelike heat transport in solids, known as phonon focusing, has so far been observed only at cryogenic temperatures, limiting both its investigation and potential applications. Here we demonstrate phonon focusing at room temperature in boron arsenide, a material with high thermal conductivity. The measured ray-like temperature patterns and heat propagation dynamics match with first-principles Boltzmann transport simulations. We show that the observed heat dynamics originate from the spatial redistribution of non-equilibrium phonon waves with long propagation lengths. Moreover, our first-principles theory identifies distinct transport symmetries governed by crystallographic orientation, which we experimentally validate across multiple samples. These findings offer opportunities for directional and nanoscale control of phonon waves, non-equilibrium phonon distributions, and phonon–carrier interactions for next-generation thermal and quantum technologies at room temperature.

1701物理及び化学
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