Дослідники виявили новий матеріал для створення високоефективних систем охолодження електроніки
Група вчених з Бостонського коледжу та Науково-дослідної лабораторії ВМС США (U.S. Naval Research Laboratory, NRL) визначили, що один з видів арсеніду бору, що має кубічну кристалічну решітку, є матеріалом з досить високим значенням питомої теплопровідності. Завдяки цьому фізичній властивості, арсенід бору має величезний потенціал для використання в якості відводу паразитного тепла від електронних компонентів і пристроїв, причому зробить це не менш ефективно, ніж алмаз, найкращий з відомих на сьогоднішній день провідників тепла.
Оскільки всі електронні пристрої стають все меншими, більш швидкими і потужними, відвід тепла від ключових компонентів часом перетворюється у велику проблему. Виходом з цієї ситуації є розробка зовсім нових принципів охолодження, заснованих на нових матеріалах з високою теплопровідністю, які впораються навіть з відведенням значної кількості тепла в пасивному режимі.
Дослідники з двох вищевказаних організацій досить давно вели пошуки недорогого, технологічного матеріалу, який підійшов би для створення компактних систем охолодження. Звичайно, ідеальним рішенням в цьому випадку міг би стати алмаз, але методи масштабного виробництва синтетичних алмазів в даний час ще дуже далекі від досконалості. Технологічний процес вирощування кристала алмазу досить довгий, а в результаті досить часто утворюються кристали з великою кількість дефектів, що робить кінцевий продукт цього виробництва досить дорогим.
І ось під час своїх досліджень вчені з допомогою створених ними математичних моделей визначили, що одна з форм арсенід бору (BAs), що має кубічну кристалічну решітку, повинна володіти високою питомою теплопровідністю. Проведені експерименти показали, що на практиці теплопровідність арсеніду бору при кімнатній температурі становить близько 2000 Вт/(м*K). Це значення можна порівняти з теплопровідністю алмазу, графіту і сильно програє тільки теплопровідності графена.
На відміну від металів, які є провідниками електрики і у яких перенесення тепла здійснюється електронами, алмаз, графіт і арсенід бору є діелектриками. Перенесення тепла в цих матеріалах здійснюється за рахунок руху квантів коливань їх кристалічної решітки, так званих фононів. Фононам, які рухаються по кристалічній решітці матеріалу, притаманні всі властивості квазічастинок, вони зустрічають опір при своєму русі і можуть розсіюватися, стикаючись один з одним.
Дивно високе значення питомої теплопровідності арсеніду бору є наслідком не зовсім звичайного будови його кристалічної решітки, що володіє високими здібностями до вібрації на певних частотах. Завдяки цим та деяким поки не до кінця вивченим факторів, кристалічна решітка арсеніду бору може вібрувати саме на частотах фононів, які переносять найбільшу кількість теплової енергії, що обумовлює вкрай малий питомий тепловий опір цього матеріалу.
"Якщо результати наших теоретичних моделей будуть повністю підтверджені на практиці, це відкриє широкі можливості для створення пасивних високоефективних систем охолодження на основі арсеніду бора" - пишуть дослідники в офіційному прес-релізі, - "Крім того, що це дозволить створити компактні системи охолодження і істотно зменшити розміри сучасних електронних пристроїв, це послужить підтвердженням правильності використаних нами теоретичних методів і математичних моделей, за допомогою яких ми будемо і далі шукати інші матеріали, які мають ще більший показник теплопровідності".