Учёные нашли материал, который превзошёл алмаз в его собственной стихии

Учёные из Университета Хьюстона совершили значительный научный прорыв в области изучения теплопередачи. Их новые открытия опровергают давние представления о теплопроводности и показывают, что **арсенид бора (BAs)** способен проводить тепло эффективнее, чем алмаз, который долгое время считался эталоном среди изотропных материалов.

Исследовательская группа установила, что при создании кристаллов BAs исключительной чистоты материал может достигать **теплопроводности свыше 2100 ватт на метр на кельвин (Вт/м·К)** при комнатной температуре — возможно, даже превосходя сам алмаз.

Результаты, опубликованные в журнале *Materials Today*, бросают вызов существующим теоретическим моделям и способны изменить представления учёных о том, как тепло распространяется в твёрдых телах.

Кроме того, открытие указывает на перспективный новый полупроводниковый материал для устройств, требующих продвинутого терморегулирования — таких как смартфоны, мощные электронные системы и дата-центры.

«Мы уверены в своих измерениях; наши данные верны, а значит, теория требует корректировки», — сказал **Чжифэн Жэнь**, профессор физики Колледжа естественных наук и математики Университета Хьюстона и один из авторов исследования.

«Я не утверждаю, что теория ошибочна, но её нужно подправить, чтобы она соответствовала экспериментальным данным».

---

Прорыв сквозь старые пределы

Открытие стало результатом сотрудничества между **Техасским центром сверхпроводимости при Университете Хьюстона** (под руководством Жэня), **Калифорнийским университетом в Санта-Барбаре** и **Бостонским колледжем**.

Более десяти лет арсенид бора вызывал интерес у учёных. В 2013 году физик из Бостонского колледжа **Дэвид Бройдо** и его коллеги предсказали, что BAs теоретически способен проводить тепло столь же эффективно, а возможно, даже лучше, чем алмаз.

Однако в 2017 году пересмотренные модели учли дополнительный фактор — так называемое **четырёхфононное рассеяние**, — что снизило прогнозируемую теплопроводность до примерно **1360 Вт/м·К**.

Это заставило многих исследователей отказаться от идеи, что арсенид бора может превзойти алмаз.

Группа Жэня, однако, предположила, что проблема заключалась не в свойствах самого материала, а в **примесях**, присутствующих в образцах.

Ранее полученные кристаллы содержали дефекты, ограничивавшие их теплопроводность на уровне около **1300 Вт/м·К**, значительно ниже теоретического потенциала.

---

Чище кристаллы — рекордные результаты

Совершенствуя очистку исходного арсенида и улучшая методы синтеза, команда из Университета Хьюстона создала кристаллы арсенида бора с **минимальным числом дефектов**.

При испытаниях эти высокочистые образцы показали поразительную теплопроводность — более **2100 Вт/м·К**, превзойдя не только все предыдущие эксперименты, но и **сам теоретический предел**.

Это достижение доказало, что **чистота материала играет решающую роль** в теплопередаче и открывает путь к созданию ещё более эффективных теплопроводных веществ.

---

Почему это открытие имеет значение

Последствия этого прорыва выходят далеко за рамки лабораторных измерений.

Арсенид бора может **перевернуть индустрию электроники и полупроводников**, предлагая материал, который одновременно эффективно рассеивает тепло и обладает высокими полупроводниковыми свойствами.

Его преимущества включают:

• более простое и экономичное производство по сравнению с алмазом — без необходимости в экстремальных температурах и давлении;

• исключительную теплопроводность в сочетании с эффективным полупроводниковым поведением;

• потенциально превосходящие кремний электронные характеристики благодаря высокой подвижности носителей заряда, широкому запрещённому диапазону и хорошему коэффициенту теплового расширения.

«Этот новый материал просто удивителен», — отметил Жэнь.

«Он сочетает в себе все лучшие качества — отличного полупроводника и превосходного теплопроводника. Такого набора свойств в одном материале не было ни у одного другого полупроводника».

---

Взгляд в будущее: расширяя границы физики

Хотя это открытие знаменует собой новый этап, работа продолжается.

Учёные из Техасского центра сверхпроводимости намерены и дальше совершенствовать методы синтеза, стремясь **ещё больше улучшить характеристики арсенида бора**.

Исследование стало частью проекта **Национального научного фонда США** стоимостью 2,8 миллиона долларов под руководством **Болина Ляо** из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре, при участии Университета Хьюстона, Университета Нотр-Дам и Калифорнийского университета в Ирвайне.

Частичную поддержку оказывает промышленный партнёр **Qorvo**.

Жэнь призвал научное сообщество **пересмотреть устоявшиеся теоретические модели** и не позволять догмам мешать открытиям.

«Не следует позволять теории удерживать вас от открытия чего-то большего, — сказал он. — Именно это и произошло в нашей работе».

Источник: Подробнее ➤