Замена меди – Новый материал проводит тепло в три раза эффективнее

Инженеры из школы Самуэли при UCLA обнаружили материал, который переворачивает представления о физических границах теплопередачи. Тета-фаза нитрида тантала (θ-TaN) показала рекордную теплопроводность — почти втрое выше, чем у меди или серебра, которые десятилетиями считались эталоном.

Тета-фаза нитрида тантала (θ-TaN) — является металлическим соединением. В научной литературе её чаще всего классифицируют, как полуметалл (semimetal), однако по своим проводящим свойствам она относится к металлам.В 3 раза легче стали – «Неплавящийся» алюминий по принципу железобетона

Проблема перегрева в эпоху ИИ

Руководитель исследования, профессор Юнцзе Ху, прямо связывает разработку со взрывным ростом технологий искусственного интеллекта.

Современные чипы генерируют колоссальное количество тепла, и привычные материалы перестают справляться.

«Потребности в охлаждении подталкивают обычные металлы к пределу их возможностей. Тотальная зависимость индустрии от меди в процессорах и ИИ-ускорителях становится критической проблемой», — подчёркивает Ху.

Сейчас медь доминирует на рынке радиаторов и систем терморегулирования, занимая треть всего коммерческого сегмента. Её теплопроводность — около 400 Вт/(м·К).

Учёные доказали: это физический потолок для меди, обусловленный её внутренней структурой и механизмами рассеяния частиц. Прыгнуть выше этого показателя она не может.

Новая атомная архитектура

Во время экспериментов команда получила монокристалл θ-TaN. Замеры при комнатной температуре дали результат в 1100 Вт/(м·К).

Столь высокая эффективность объясняется уникальной структурой материала. Атомы тантала и азота выстроены в гексагональную решётку. Используя сверхбыструю оптическую спектроскопию, физики обнаружили широкий акустико-оптический зазор.

Говоря проще, эта структура подавляет «паразитное» рассеяние фононов — колебаний, переносящих тепло.

Взаимодействие электронов и фононов в θ-TaN оказалось исключительно слабым. Благодаря этому тепловой поток проходит сквозь материал с минимальным сопротивлением, словно по скоростному шоссе.

Авторы работы уверены, что применение нового металла выйдет далеко за пределы смартфонов и ноутбуков.

Открытие сулит новые горизонты для аэрокосмической отрасли, центров обработки данных и квантовых компьютеров — везде, где производительность упирается в перегрев.