Ученые обнаружили материал, превосходящий алмаз по теплопроводности

Арсенид бора превзошел алмаз, устанавливая новые стандарты теплопроводности и проектирования полупроводников. Credit: Shutterstock

Исследователи из Хьюстонского университета совершили прорыв в изучении теплопередачи. Они обнаружили, что арсенид бора (BAs) проводит тепло эффективнее алмаза, который долгое время считался эталоном среди изотропных материалов.

Ученые установили, что при исключительной чистоте кристаллов BAs их теплопроводность превышает 2100 Вт/м·К при комнатной температуре, что потенциально превосходит показатели алмаза. Исследование, опубликованное в журнале Materials Today, бросает вызов существующим теоретическим моделям.

«Мы доверяем нашим измерениям; наши данные верны, а это значит, что теорию нужно корректировать», — заявил ведущий автор исследования профессор физики Жифен Рен.

Открытие стало результатом сотрудничества Хьюстонского университета, Калифорнийского университета в Санта-Барбаре и Бостонского колледжа. Ранее теоретические модели предсказывали высокую теплопроводность BAs, но последующие расчеты с учетом сложного фактора четырехфононного рассеяния снизили ожидаемые показатели.

Команда профессора Рена предположила, что проблема заключалась не в самом материале, а в примесях. Усовершенствовав методы синтеза, они создали кристаллы арсенида бора с минимальными дефектами, которые продемонстрировали рекордную теплопроводность.

Это открытие имеет важное практическое значение для электроники. Арсенид бора сочетает эффективное рассеивание тепла с полупроводниковыми свойствами, что делает его перспективной заменой кремнию в смартфонах, мощной электронике и центрах обработки данных. Его преимущества включают более простое производство по сравнению с алмазом и потенциально превосходные электронные характеристики.

«Этот новый материал замечателен. Он сочетает лучшие свойства хорошего полупроводника и хорошего теплопроводника — всевозможные полезные свойства в одном материале», — отметил Рен.

Исследование проводится в рамках проекта Национального научного фонда США стоимостью 2,8 миллиона долларов (примерно 224 миллиона рублей) при участии промышленного партнера Qorvo. Ученые планируют продолжить совершенствовать методы синтеза для дальнейшего повышения производительности арсенида бора.