据科技日报1月21日讯，美国加州大学洛杉矶分校（UCLA）领导的科研团队发现一种创记录热导率的（金属）材料——θ相氮化钽（θ-TaN），其具有约1100W/m·K 的超高热导率，远超占据商业热管理市场主导地位的铜、银，而且可用于助力下一代散热材料设计，将受限于传统散热材料的AI性能推向新高度。

论文地址：DOI: 10.1126/science.aeb1142

0.1至10皮秒内，电子携带热能在θ-TaN材料中扩散（图源：UCLA）

如上图，研究团队使用多种技术，包括基于同步加速器的X射线散射和超快光学光谱，确认了这种材料的性能，这些测量揭示了电子-声子相互作用极弱，使热能在常规金属中传输得更加高效。

通常情况下，大多数人都会按“化学成分”对材料进行分类，氮化钽在直觉上就是一种典型的非氧化物陶瓷材料，常见氮化钽的特性参数和传统应用继续也继续加固了这样的印象，比如导电、导热（约9.54W/m·K）差，比如熔点高（约3000℃），而这严格来说只是立方岩盐结构氮化钽。从专业角度判断材料性质的依据则是“化学键”和“晶体结构”，而本次发现的θ-TaN就是一种亚稳态金属键为主的材料，具备典型的金属特征。

PS：此类似的材料还有已为人所熟知的“金属陶瓷”或者说“导电陶瓷”氮化钛（TiN）。

一个多世纪以来，铜和银在金属中的热导率基本是上限水平。在金属材料中，热由自由移动的电子和被称为声子的原子振动携带（传递）。电子与声子以及声子-声子之间的强烈相互作用在过去限制了热在金属中流动的效率。加州大学洛杉矶分校的发现表明，这个长期存在的基准可以被超越。对θ-TaN的理论建模表明，由于其独特的原子结构，六方晶格的氮化钽在θ相中能够表现出异常高效的热传递——钽原子和氮原子以六方图案交错排列，其独特的声子带结构，具有较大的声光间隙和声子聚束，抑制了声子-声子散射

除了微电子和人工智能硬件之外，研究人员表示，θ-TaN的发现重新定义了金属材料的热传输极限，为推进电子和电力系统的热管理开辟了新的机遇。它可能会影响越来越多受到热限制的技术，包括数据中心、航空航天系统和新兴的量子平台。

编译整理 YUXI