Ученые открыли материал для охлаждения электроники

Группа ученых из Бостонского колледжа и Научно-исследовательской лаборатории ВМФ США (U.S. Naval Research Laboratory, NRL) определили, что один из видов арсенида бора, имеющего кубическую кристаллическую решетку, является материалом с весьма высоким значением удельной теплопроводности. Благодаря этому физическому свойству, арсенид бора имеет огромный потенциал для использования в качестве отвода паразитного тепла от электронных компонентов и устройств, причем сделает это не менее эффективно, чем алмаз, самый лучший из известных на сегодняшний день проводников тепла.

Поскольку все электронные устройства становятся все меньшими, более быстрыми и более мощными, отвод тепла от их ключевых компонентов порой превращается в большую проблему. Выходом из этой ситуации является разработка совершенно новых принципов охлаждения, основанных на новых материалах с высокой теплопроводностью, которые справятся даже с отводом значительного количества тепла в пассивном режиме.

Исследователи из двух вышеуказанных организаций достаточно давно вели поиски недорогого, технологичного материала, который подошел бы для создания компактных систем охлаждения. Конечно, идеальным решением в этом случае мог бы стать алмаз, но методы масштабного производства синтетических алмазов в настоящее время еще очень далеки от совершенства.


В отличие от металлов, которые являются проводниками электричества и в которых перенос тепла осуществляется электронами, алмаз, графит и арсенид бора являются диэлектриками. Перенос тепла в этих материалах производится за счет движения квантов колебаний их кристаллической решетки, так называемых фононов. Фононам, двигающимся по кристаллической решетке материала, присущи все свойства квазичастиц, они встречают сопротивление при своем движении и могут рассеиваться, сталкиваясь друг с другом.

Удивительно высокое значение удельной теплопроводности арсенида бора является следствием не совсем обычного строения его кристаллической решетки, обладающей высокими способностями к вибрации на определенных частотах. Благодаря этому и некоторым пока не до конца изученным факторам, кристаллическая решетка арсенида бора может вибрировать именно на частотах фононов, которые переносят наибольшее количество тепловой энергии, что обуславливает крайне малое удельное тепловое сопротивление этого материала.