Физики впервые синтезировали сверхчистые кристаллы арсенида бора (BAs) и изучили его теплопроводность. В эксперименте удалось зафиксировать значение 1300 Вт/(м•K), что намного превышает характеристики любых металлов или полупроводников при нормальных условиях. Открытие может стать основой принципиально новых и во много раз более эффективных систем отвода тепла в электронике и фотонике. Исследование опубликовано в журнале Science.

Теплопроводность — это свойство материала, определяющее его способность передавать энергию в виде тепла. Различные вещества отличаются по этому параметру в тысячи раз. Более того, на теплопроводность также сильно влияют примеси, так как с точки зрения физики передача тепла осуществляется фононами — квазичастицами, отражающими колебания атомов в кристаллической решетке. Фотоны рассеиваются на неоднородностях, что препятствует передаче тепла с высокой эффективностью. Одним из рекордсменов по теплопроводности во всех направлениях является алмаз, для которого при нормальных условиях (атмосферном давлении и температуре около 20 °C) она равна 1000 Вт/(м•K).

Несколько лет назад на основе моделирования физики вычислили, что теплопроводность арсенида бора может достигать 2000 Вт/(м•K). Синтезировать это соединение достаточно сложно, обычно оно сопровождается большим количеством дефектов, поэтому это предсказание проверили только сейчас. Коллектив американских физиков из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе смог получить лишенный заметных дефектов монокристаллический арсенид бора. Его теплопроводность оказалась несколько ниже предсказания, но все равно больше любых объемных образцов металлов или полупроводников.

Вещества с высокой теплопроводностью в основном применяют в электронике. Постоянное уменьшение размеров транзисторов делает проблему перегрева процессоров все более острой. Сейчас при производстве транзисторов используется карбид кремния, теплопроводность которого в три раза меньше, чем у арсенида бора.