Учёные открыли металл для лучших радиаторов — его теплопроводность втрое выше меди
Проблема рассеивания тепла от вычислительных компонентов становится острее со дня на день. Лучшие сегодня по теплопроводности радиаторы из меди приблизились к пределу своих возможностей — ещё немного мощности и процессоры закипят в прямом смысле этого слова. Но не всё так безнадёжно — группа учёных в США открыла металл с втрое большей теплопроводностью, что может изменить сферу систем охлаждения.
Считается, что главным переносчиком тепла в материалах являются электроны. Мешают им в этом такие квазичастицы, как фононы — кванты тепловых колебаний кристаллической решётки. Столкновение электронов с фононами ведёт к внутреннему рассеиванию энергии (тепла) внутри материала и ухудшает её перенос. В теории можно найти или синтезировать металл с такой кристаллической структурой, которая бы меньше препятствовала потоку электронов. Иначе говоря, минимизировала бы рассеивание энергии внутри материала.
Новое исследование выявило металлический материал, который оказался способен проводить тепло почти в три раза эффективнее, чем медь или серебро, а это лучшие на сегодня проводники тепла среди металлов. Так, если теплопроводность меди и серебра лежит в пределах 400–429 Вт/(м·К), то новый металл, который сначала смоделировали на компьютере, а потом синтезировали в лаборатории, обладает теплопроводностью 1100 Вт/(м·К).
Что же это за металл? Это так называемый тета-фазный нитрид тантала (θ-TaN). Это особый вариант кристаллической решётки нитрида тантала, который оказался очень интересным с точки зрения теплопроводности. В этом материале взаимодействия электронов и фононов очень сильно ослаблены, что ведёт к снижению уровня рассеяния энергии внутри материала и ускоряет её перенос.
Новый материал находится на ранних стадиях изучения. На самом деле не факт, что он сможет добраться до коммерческого использования. В то же время его открытие — это наглядный пример того, что исследования синтетических кристаллических структур могут привести к интересным результатам.
