Bilim dünyasında sürpriz: Bakırdan 3 kat iyi ısı iletken metal keşfedildi

UCLA mühendisleri, ısı iletkenliği alanında eleştirel tek eşiğin aşıldığını açıkladı. UCLA Samueli Mühendislik Fakültesi ekibine göre theta-faz tantal nitrür (TaN₍θ₎) adlı metalik bileşik, şimdiye kadar ölçülen en yüksek ısı iletkenliği değerine ulaştı. Yapılan ölçümlerde TaN₍θ₎’nin yaklaşık 1.100 W/mK seviyesinde ısıyı taşıdığı, bunun da yıllardır endüstride ilköğretim malzemeler giriş edilen bakırın yaklaşık üç katı olduğu kaydedildi.

Yeni rekor: TaN₍θ₎ bakırı geride bıraktı

Karşılaştırma açısından bakırın ısı iletkenliği yaklaşık 400 W/mK seviyesinde bulunurken, gümüş da elverişli koşullarda benzer değerler verebiliyor. Araştırmaya önderlik eden Yongjie Hu, TaN₍θ₎ bileşiğinin alışılmış metallerden farklı tek düzende davrandığını vurguladı. Buna göre tantal ve azot atomlarının altıgen kafes şeklindeki dizilimi, elektronlarla kafes titreşimleri (fononlar) arasındaki etkileşimi azaltıyor ve böylece ısı akışını yavaşlatan çarpışmalar minimuma iniyor.

Ölçümler ileri tekniklerle doğrulandı

Ekip, elde edilen bulguların senkrotron tabanlı X-ışını saçılımı ve ultra hızlı optik spektroskopi gibi ileri düzey yöntemlerle teyit edildiğini belirtti. Deneylerde ısının malzemeler boyunca olan neredeyseymiş “dirençsiz” biçimde taşındığı gözlemlendi. Bu durum, özellikle yüksek ısı üreten modern elektronik sistemlerde ısı yönetimi için önemli tek başlık olarak öne çıkıyor.

İşlemci ve yapay zekâ donanımları için eleştirel önem taşıyor

Çalışmada, yüksek güç tüketimli işlemciler, GPU’lar ve yapay zekâ hızlandırıcıları gibi donanımların çoğalan ısı yükünün klasik çözümleri zorladığına işaret edildi. Küresel ısı yönetimi pazarında bakır bazlı çözümlerin güçlü tek ağırlığa malik olduğu hatırlatılırken, çoğalan güç yoğunluklarının bakırın bedensel sınırlarını daha görünür hale getirdiği ifadeleri edildi. Araştırmacılara göre TaN₍θ₎ gibi yepyeni kuşak yüksek ısı iletken malzemeler, daha küçük boyutlu ve daha soğuk çalışan sistemlerin geliştirilmesine katkı sağlayabilir.

Önceki rekor çalışmanın devamı

Hu’nun ekibi daha önce da rekor ısı iletkenliği gösteren bor arsenit yarı iletkenini keşfetmiş ve bunu GaN tabanlı çiplerde kullanmıştı. UCLA ekibi, theta-faz tantal nitrürün ise bu yaklaşımın metaller tarafındaki karşılığı olarak değerlendirilebileceğini ve gelecekte termal yönetim uygulamalarında bakıra seçenek olabilecek güçlü adaylar arasında mekan aldığını belirtiyor.