Měření tepelné vodivosti. Kredit: University of Houston.

Tepelná vodivost (thermal conductivity) je schopnost určitého materiálu vést teplo. Jde o to, jak rychle se šíří teplo do jiných částí dotyčného materiálu. Jako veličina se tepelná jednotka vyjadřuje ve wattech na metr a kelvin. Některé materiály teplo moc nevedou, naopak ho izolují, aby nemohlo postupovat dál nebo utéct.

Jejich protipólem jsou výtečné vodiče tepla. Ty nejlepší z nich představují hitparádu zajímavých materiálů, včetně nitridu hliníku, zlata, mědi a stříbra, jimž na prvním místě se značným odstupem vévodí diamant s tepelnou vodivostí 2 000 až 2 200 W·m⁻¹·K⁻¹. Tedy až doposud vévodil.

Zhifeng Ren. Kredit: University of Houston.

Právě ho v experimentech na University of Houston sesadil nebo se mu přinejmenším vyrovnal umělý krystal. Učebnice přepisuje arsenid bóru. Zhifeng Ren a jeho kolegové zjistili, že vysoce kvalitní krystaly arsenidu bóru dosahují tepelné vodivosti přes 2 100 W·m⁻¹·K⁻¹ při pokojové teplotě. Přesná měření jsou u těchto hodnot velmi komplikovaná, ale podle autorů studie to vypadá, že arsenid bóru mohl diamant překonat. V tuto chvíli každopádně zlikvidoval jeho výjimečnost.

Nám obyčejným smrtelníkům to možná tak nepřijde, ale diamant si na tomhle trůnu mezi izotropickými materiály, které mají ve všech směrech své struktury stejné vlastnosti, hoví už desítky let. Tento objev by mohl mít značné důsledky, v neposlední řadě pro elektroniku, kde všechna zařízení zápolí s přílišným ohříváním. Management tepla je naprosto klíčový. Mohlo by to rozpoutat celou novou éru materiálů, díky nimž budou čipy chladnější, rychlejší, a hlavně déle vydrží.

Logo. Kredit: University of Houston.

Upřímně řečeno, arsenid bóru je rivalem diamantu v tepelné vodivosti celé roky. Experimentování je ale komplikované a výsledky dřívějších experimentů nepůsobí příliš věrohodně. Ren a spol. věřili, že je to způsobené nečistotami. Proto vyrobili ultračisté krystaly arsenidu bóru a s ním prorazili dosavadní strop hodnot udávaných pro teplotní vodivost tohoto materiálu.

Další věc je, že arsenid bóru je vlastně také slibný polovodič a oproti diamantu má řadu dalších výhod, včetně snadnější a levnější výroby. Práce na tomto materiálu je sice stále spíše v počátcích, není ale vyloučeno, že se s arsenidem bóru budeme setkávat v pokročilém AI hardwaru a dalších zařízeních, která přijdou v dohledné budoucnosti.

Video: Vol 83 Nanostructured Thermoelectric Materials and Boron Arsenide Single Crystals

Literatura

Interesting Engineenering 21. 10. 2025.

Materials Today 90: 11–14.