金属材料导热性能纪录刷新
科技日报北京1月21日电 （记者刘霞）美国加州大学洛杉矶分校科学家领导的多机构研究团队发现，金属材料θ相氮化钽的热导率高达约1100瓦/米·开尔文，接近铜或银的3倍，刷新金属导热性能的纪录。这一成果挑战了百余年来关于金属热传导极限的传统认知，有助于解决人工智能（AI）散热难题。相关论文发表于最新一期《科学》杂志。
热导率衡量的是材料传递热量的能力。电子设备过热会严重制约其性能、稳定性和能效，因此高效导热对消除电子设备的“热点”至关重要。目前，铜凭借约400瓦/米·开尔文的热导率主导着全球散热材料市场，广泛应用于各类热管理系统；银的热导率为429瓦/米·开尔文。然而，θ相氮化钽重新定义了金属导热的上限。
在金属材料中，热量由自由移动的电子和被称为声子的原子振动携带。电子和声子之间的强相互作用以及声子—声子相互作用限制了金属的热导率。研究表明，θ相氮化钽独特的原子结构——钽与氮以六边形网格排列，极大削弱了电子与声子（晶格振动）之间的相互作用，使热量得以更自由地流动。正是这种“弱耦合”机制，成就了其超凡的导热表现。
团队通过同步辐射X射线散射、超快光谱学等多种先进手段验证了该材料的优异性能。实验显示，其内部电子—声子相互作用极弱，热量传输效率远超传统金属。
长期以来，铜和银被视为金属导热能力的“天花板”。如今，这一“铁律”被打破，标志着人类对金属热输运的理解迈入新阶段。
随着AI技术迅猛发展，芯片功耗激增，散热需求日益逼近现有材料的极限。全球AI硬件对铜的依赖正成为技术升级的瓶颈。而θ相氮化钽不仅提供了一种极具潜力的高性能替代材料，更为下一代高导热材料的设计指明了方向。
该材料还有望广泛应用于微电子、数据中心、航空航天以及量子计算机等高度受制于散热难题的前沿领域。
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