Исследователи из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, представляющие Школу инженерии Сэмюэли, обнаружили металлический материал с теплопроводностью, которая более чем в два раза превышает показатели меди и серебра. Этот материал, известный как тета-фаза нитрида тантала, способен проводить тепло с рекордной эффективностью.
Открытие ставит под сомнение устоявшиеся представления о предельных возможностях теплопереноса в металлах. Медь, которая сегодня занимает около 30% рынка теплоотводных материалов, обладает теплопроводностью примерно 400 ватт на метр-кельвин. Однако новый материал демонстрирует теплопроводность около 1100 ватт на метр-кельвин при комнатной температуре, что делает его перспективным кандидатом для использования в высокотехнологичных приложениях.
Ведущий исследователь Ху подчеркнул, что стремительное развитие искусственного интеллекта требует более эффективных методов теплоотвода, что приближает традиционные металлы к их предельным возможностям. Нитрид тантала в своём уникальном состоянии может стать основой для создания новых материалов с высокой теплопроводностью.
Высокая теплопроводность имеет критическое значение для отвода тепла от перегретых участков в электронных устройствах, где перегрев может снизить производительность, надёжность и эффективность.
Исследование, опубликованное в журнале Science, показало, что эффективный отвод тепла в металлах ограничен внутренними механизмами рассеяния. Однако уникальность тета-фазы нитрида тантала заключается в её атомной структуре, где атомы тантала и азота чередуются в гексагональной решётке, что позволяет преодолеть это ограничение.
Команда исследователей подтвердила характеристики материала с помощью различных методов, включая синхротронное рассеяние рентгеновских лучей и сверхбыструю оптическую спектроскопию. Эти измерения показали крайне слабое взаимодействие между электронами и фононами, что способствует более эффективному распространению тепла. Синхротронные исследования также выявили особую фононную структуру материала, которая подавляет рассеяние фононов, что является дополнительным преимуществом.
Открытие имеет потенциал для применения не только в микроэлектронике и аппаратном обеспечении для искусственного интеллекта, но и в других технологиях, где проблема перегрева становится всё более актуальной. Это включает центры обработки данных, аэрокосмические системы и новые квантовые платформы.
