Учёные из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA) обнаружили металлическое соединение, чья теплопроводность почти в три раза превышает показатели меди и серебра — материалов, считавшихся эталонными на протяжении более ста лет.
Открытие может совершить прорыв в охлаждении высокопроизводительной электроники, серверов для искусственного интеллекта и аэрокосмических систем.
Новый материал — металлическая тета-фаза нитрида тантала (TaN₍θ₎) — продемонстрировал теплопроводность около 1100 ватт на метр-кельвин. Для сравнения, медь, наиболее распространённый коммерческий материал для отвода тепла, имеет показатель около 400 Вт/(м·К), а серебро — примерно столько же в идеальных условиях.
Исследование, проведённое под руководством профессора Йонджи Ху из Инженерной школы Самуэли UCLA, показало, что уникальные свойства материала обусловлены его атомной структурой. В отличие от обычных металлов, атомы тантала и азота в тета-фазе образуют гексагональную решётку, которая создаёт необычно слабое взаимодействие между электронами и тепловыми колебаниями решётки (фононами). Именно эти взаимодействия обычно ограничивают теплопроводность, но в новом соединении тепловая энергия распространяется с минимальным сопротивлением.
Практическое значение открытия огромно. Современные системы охлаждения, основанные на меди, достигли своего технологического потолка, в то время как вычислительные нагрузки, особенно в центрах обработки данных для ИИ, растут экспоненциально. Эффективный отвод тепла стал одним из ключевых ограничений для дальнейшего развития электроники и энергоэффективности.
Новый материал открывает перспективы для создания более компактных, мощных и стабильных систем охлаждения для высокопроизводительных процессоров, квантовых устройств и аэрокосмической техники, где критически важна точная температурная стабилизация, сообщает shazoo.
Однако перед внедрением предстоит решить технологические задачи: разработать экономичные методы промышленного синтеза тета-фазы нитрида тантала и адаптировать её для массового производства систем охлаждения.
