Elektronika hřeje. Datacentra, výkonné telefony nebo třeba notebooky jsou jako hodně drahé ohřívače. Jakmile jsou nějakou dobu v provozu, zahřejí se tak, že to omezuje jejich výkon. Výrobci elektroniky se to obvykle snaží řešit použitím mědi, která výtečně vede teplo. Jak ale dobře ví každý uživatel elektroniky, nestačí to.
Tepelná vodivost (přesněji řečeno součinitel tepelné vodivosti) mědi není špatná. Při pokojové teplotě to je asi 401 W/mK (wattů na metr a kelvin). Měď je v tomto ohledu mezi kovy na druhém místě, těsně za stříbrem, oproti kterému je mnohem levnější. Výzkumný tým University of California Los Angeles (UCLA) teď ale potvrdil tepelnou vodivost materiálu, který stříbro s mědí strčí do kapsy.
Jde o nitrid tantalu ve fázi théta (Théta-Phase TaN), což je jedna z fází precipitace, srážení tohoto materiálu, která má specifickou strukturu. Vědci už před pár lety předpověděli, že tenhle materiál bude tepelně supervodivý. Yongjie Hu a jeho kolegové ho vyrobili a prověřili v experimentech. Potvrdili, že nitrid tantalu ve fázi théta má extrémní tepelnou vodivost 1 100 W/mK, téměř trojnásobnou oproti tepelně nejvíce vodivým kovům.
Badatelé analyzovali molekulární strukturu Théta-Phase TaN pomocí metod jako je rozptyl rentgenového záření (synchrotron-based X-ray scattering) a ultrarychlá optická spektroskopie (ultrafast optical spectroscopy) a zjistili, že se v tomto materiálu vyskytují neobvykle slabé interakce mezi elektrony a fonony. To umožňuje velmi efektivní proudění tepla s mnohem nižším odporem než ve zmíněné mědi nebo stříbru.
##seznam_reklama##
Jak říká Hu, prudký rozvoj umělých inteligencí, jejichž provoz hřeje doopravdy hodně, tlačí klasické tepelné vodiče jako je měď na hranici jejich možností.
Materiál Théta-Phase TaN by se mohl stát alternativou mědi v chladičích (heat sink), nejen v klasické elektronice, ale také ve kvantových systémech nebo v leteckých a kosmických technologiích.
Video: International Colloquia on Thermal Innovations #8: High Thermal Conductivity Materials
Literatura