金屬材料導熱性能紀錄刷新

　　美國加州大學洛杉磯分校科學家領導的多機構研究團隊發現，金屬材料θ相氮化鉭的熱導率高達約1100瓦/米·開爾文，接近銅或銀的3倍，刷新金屬導熱性能的紀錄。這一成果挑戰了百余年來關于金屬熱傳導極限的傳統認知，有助于解決人工智能（AI）散熱難題。相關論文發表于最新一期《科學》雜志。

　　熱導率衡量的是材料傳遞熱量的能力。電子設備過熱會嚴重制約其性能、穩定性和能效，因此高效導熱對消除電子設備的“熱點”至關重要。目前，銅憑借約400瓦/米·開爾文的熱導率主導著全球散熱材料市場，廣泛應用于各類熱管理系統；銀的熱導率為429瓦/米·開爾文。然而，θ相氮化鉭重新定義了金屬導熱的上限。

　　在金屬材料中，熱量由自由移動的電子和被稱為聲子的原子振動攜帶。電子和聲子之間的強相互作用以及聲子—聲子相互作用限制了金屬的熱導率。研究表明，θ相氮化鉭獨特的原子結構——鉭與氮以六邊形網格排列，極大削弱了電子與聲子（晶格振動）之間的相互作用，使熱量得以更自由地流動。正是這種“弱耦合”機制，成就了其超凡的導熱表現。

　　團隊通過同步輻射X射線散射、超快光譜學等多種先進手段驗證了該材料的優異性能。實驗顯示，其內部電子—聲子相互作用極弱，熱量傳輸效率遠超傳統金屬。

　　長期以來，銅和銀被視為金屬導熱能力的“天花板”。如今，這一“鐵律”被打破，標志著人類對金屬熱輸運的理解邁入新階段。

　　隨著AI技術迅猛發展，芯片功耗激增，散熱需求日益逼近現有材料的極限。全球AI硬件對銅的依賴正成為技術升級的瓶頸。而θ相氮化鉭不僅提供了一種極具潛力的高性能替代材料，更為下一代高導熱材料的設計指明了方向。

　　該材料還有望廣泛應用于微電子、數據中心、航空航天以及量子計算機等高度受制于散熱難題的前沿領域。