利用数据科学技术，NIMS-东北大学研究小组发现，具有相同成分的非晶材料表现出的不同导热率可归因于其原子结构中原子环的大小。这是最早证明非晶材料的结构特征与其物理性质相关的研究之一。
合成成分相同但导热系数不同的非晶材料已经可行。然而，由于缺乏适当的分析方法，导致导热系数差异的结构因素尚未确定。
仅依靠高分辨率透射电子显微镜(TEM)观察无法识别不同导热系数的非晶锗(Ge)材料之间的结构差异。该研究团队利用数据科学技术(拓扑数据分析和主成分分析)分析了非晶锗材料的 TEM 图像，并识别了材料之间的结构差异。研究小组发现，在较低温度下沉积的薄膜样品的原子结构往往以较小的原子环(图1中的Ge25)为主，而在较高温度下沉积的样品则包含较高比例的较大原子环(图1中的Ge300)。
理论上，较大的原子环与较高的导热率相关。这项研究发现 Ge300 的热导率高于 Ge25，结果与理论证据一致。
本研究项目中开发的数据科学技术可用于识别材料中的亚稳态相，这是使用传统结构分析技术无法实现的任务。因此，这些技术预计可用于开发亚稳态相集成热控制材料。除热性能外，它们还可用于识别与非晶材料的机械、电和其他性能相关的结构特征。
这项研究是由徐一斌(中国科学院材料基础研究中心数据驱动无机材料组组长)和赤木一人(东北大学材料研究所副教授)组成的研究小组进行的。这项工作是 JST CREST 探索未知材料项目的一部分(研究主管：Hiroshi Kitakawa 教授，授权号：PMJCR21O2)。它还得到了 JSPS 转型研究补助金 (A)(项目编号：22H05109)和科学研究 (A)(项目编号：20H00119)的资助。
这项研究发表在 2023 年 12 月 6 日出版的《国际传热传质杂志》(第 221 卷)上。
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