Учёные открыли металл с рекордной теплопроводностью

Инженерная школа Самуэли Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе представила результаты экспериментального синтеза монокристаллического нитрида тантала в тета-фазе. Публикация в журнале Science содержит данные об измерении теплопроводности материала при комнатной температуре, которая составляет 1100 ватт на метр-кельвин. Показатель меди, которая занимает около 30% мирового рынка материалов для терморегулирования, составляет 400 Вт/(м·К).

Метастабильный нитрид переходного металла θ-TaN имеет гексагональную атомную решётку с чередующимися атомами тантала и азота. Синхротронное неупругое рентгеновское рассеяние зафиксировало фононную структуру с увеличенным акустооптическим зазором и группировкой фононов. Эти характеристики подавляют фононное рассеяние внутри материала.

Сверхбыстрая оптическая спектроскопия выявила минимальную электрон-фононную связь в θ-TaN. Расчёты ab initio подтвердили экспериментальные данные о механизмах теплопередачи. Слабое взаимодействие между электронами и фононами позволяет тепловой энергии распространяться с меньшими потерями по сравнению с традиционными металлическими проводниками.

Исследователи указали на потенциал применения θ-TaN в системах охлаждения аппаратного обеспечения для искусственного интеллекта, центрах обработки данных, аэрокосмическом оборудовании и квантовых вычислительных платформах. Этот материал может заменить медь в ситуациях, когда требуется интенсивный отвод тепла от микроэлектронных компонентов.