Найден материал, проводящий тепло в 3 раза лучше меди
Современные процессоры, серверы и материнские платы сталкиваются с одной и той же проблемой: при перегреве их производительность падает. Чтобы этого не допустить, инженеры используют медь. Этот металл хорошо отводит тепло, распределяя его по поверхности, благодаря высокой теплопроводности около 401 Вт/мК при комнатной температуре. Серебро проводит тепло чуть лучше, но стоит значительно дороже.
Прорыв в материалах
Инженеры и физики из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA) обнаружили соединение, которое в три раза превосходит медь по способности переносить тепло. Металлический нитрид тантала в тета-фазе показывает теплопроводность 1100 Вт/мК. Такой показатель делает его крайне эффективным для отвода тепла, превосходя не только медь, но и серебро. Результаты опубликованы в журнале Science.
Причина — слабое взаимодействие между электронами и атомными колебаниями, известными как фононы. В этой фазе нитрида тантала электроны могут свободно переносить тепловую энергию, не теряя её на столкновения с фононами, что снижает сопротивление тепловому потоку.
«По мере быстрого развития технологий искусственного интеллекта требования к теплоотводу доводят возможности меди до предела, и чрезмерная зависимость от нее становится критической проблемой», — говорит профессор Йонгцзе Ху, возглавлявший исследование.
Как это работает
Тета-фаза нитрида тантала — это особая кристаллическая структура материала, подобно тому как углерод может быть графитом или алмазом. Исследователи использовали рентгеновское рассеяние на синхротроне и сверхбыструю оптическую спектроскопию, чтобы наблюдать распространение тепловой энергии по материалу после воздействия светового импульса длительностью от 0,1 до 10 пикосекунд. Эти методы позволили зафиксировать поток тепла, переносимый электронами, и убедиться в его эффективности.
Последовательность экспериментов показала, что материал распределяет энергию почти без сопротивления, что делает его теплопроводность значительно выше, чем у меди или серебра.
Применение в технологиях
Радиаторы в компьютерах и системах искусственного интеллекта обычно изготавливаются из меди, чтобы отводить тепло от процессоров. С появлением металлического нитрида тантала можно создавать более эффективные радиаторы, которые позволят чипам работать дольше и стабильнее.
Этот материал также интересен для аэрокосмических технологий и квантовых компьютеров, где охлаждение играет критическую роль.
«Новый материал может стать альтернативой меди в самых передовых системах, где требуется высокая теплопроводность и минимальные потери энергии», — отмечают ученые.
Значение открытия
Высокая теплопроводность тета-фазы нитрида тантала открывает возможности для разработки более мощных и энергоэффективных электронных систем. Она помогает справляться с тепловыми нагрузками, которые становятся все более значительными с ростом вычислительной мощности и развитием искусственного интеллекта.
