Bir asırdan fazla süredir bakır ve gümüş, metallerde ısı iletkenliği konusunda standartı belirlemiştir. UCLA mühendisleri ve işbirlikçileri tarafından yapılan yeni bir çalışma, bu varsayımı sorgulayarak, ısıyı her iki referans metalden de neredeyse üç kat daha verimli ileten metalik bir bileşik ortaya koyuyor.
Araştırma, metalik teta fazlı tantal nitrürü (TaN₍θ₎) şimdiye kadar ölçülen en hızlı ısı ileten metal olarak tanımlıyor . UCLA Samueli Mühendislik Fakültesi'nden Yongjie Hu liderliğindeki ekip, malzemenin yaklaşık 1.100 watt/metre-kelvin termal iletkenliğe sahip olduğunu ve ısı iletimi fiziğinde yeni bir rekor kırdığını bildiriyor . Karşılaştırma olarak, en yaygın kullanılan ticari ısı iletkeni olan bakır yaklaşık 400 W/mK ölçerken, gümüş ideal koşullar altında benzer seviyelere ulaşıyor.
Bu performans sıçraması, yüksek güçlü işlemcilerin, grafik hızlandırıcıların ve yapay zeka çiplerinin ısı dağıtımında artan zorluklarla karşı karşıya kaldığı kritik bir anda gerçekleşiyor. Endüstri standardı bakır ısı emiciler, küresel termal yönetim pazarının yaklaşık üçte birini oluşturuyor, ancak verimlilik tavanı teknolojik bir darboğaz haline geldi. Hesaplama iş yükleri ve enerji yoğunlukları artmaya devam ettikçe, soğutma hem donanım tasarımı hem de enerji verimliliği için belirleyici bir kısıtlama haline geldi.
Hu'nun araştırma grubu, tantal nitrürün teta fazı varyantının atomik ölçekte sıradan metallerden farklı davrandığını keşfetti. Yapısı, tantal ve azot atomlarını altıgen bir kafeste düzenleyerek, elektronlar ve fonon olarak bilinen kafes titreşimleri arasında alışılmadık derecede zayıf etkileşimler üretir.
Elektron-fonon ve fonon-fonon çarpışmaları genellikle bir metalin ısı iletme yeteneğini sınırladığından, teta fazındaki TaN₍θ₎'deki azalmış etkileşimler, termal enerjinin minimum dirençle iletilmesine olanak tanır.
Gelişmiş senkrotron tabanlı X-ışını saçılımı ve ultra hızlı optik spektroskopi kullanılarak elde edilen deneysel veriler, bileşik kanalların benzeri görülmemiş bir verimlilikle ısı yaydığını doğruladı.
Bulgular, metalik ısı iletiminin geleneksel teorik sınırları aşabileceğini göstermektedir; bu sonuç, yüksek performanslı elektronik cihazlar, uzay sistemleri ve hatta neredeyse mükemmel termal kararlılık gerektiren kuantum cihazları için malzeme tasarımını etkileyebilir.
Bu durum, teorik fiziğin ötesine uzanan etkiler yaratıyor. Yapay zeka hızlandırıcı çiplerinin güç yoğunluklarını yeni uç noktalara taşıması ve küresel bilgi işlem talebinin bakırın fiziksel sınırlarını zorlamasıyla birlikte, teta fazlı tantal nitrür gibi malzemeler daha kompakt ve daha az ısınan mimarilere olanak sağlayabilir. Hu, bu bileşiği yeni nesil termal yönetim için potansiyel olarak "temelde yeni ve üstün bir alternatif" olarak tanımlıyor.
Hu'nun laboratuvarı, termal malzeme araştırmalarında neredeyse on yıldır öncü konumda bulunuyor. Grup daha önce rekor düzeyde yüksek ısı iletkenliğine sahip bir yarı iletken olan bor arseniti keşfetmiş ve daha sonra bunu çip soğutması için galyum nitrür cihazlarına entegre etmişti. Teta fazlı TaN₍θ₎ ile yaptıkları son keşif, birçok yarı iletken tabanlı yaklaşımı tamamlayabilecek – hatta geride bırakabilecek – metalik bir muadili ekliyor.
Kaynak :
https://www.techspot.com/news/111037-uc ... -ever.html
