Un equipo de físicos teóricos del Laboratorio de Investigación Naval de EE. UU. (NRL) y el Boston College ha identificado el arseniuro de boro cúbico como un material con una conductividad térmica extraordinariamente alta y el potencial de transferir calor de dispositivos electrónicos de manera más efectiva que el diamante. el conductor térmico más conocido hasta la fecha.

A medida que los dispositivos microelectrónicos se vuelven más pequeños, más rápido y más potente, La gestión térmica se está convirtiendo en un desafío crítico. Este trabajo proporciona una nueva visión de la naturaleza del transporte térmico a nivel cuantitativo y predice un nuevo material, con conductividad térmica ultra alta, de interés potencial para aplicaciones de refrigeración pasiva.

Cálculo de la conductividad térmica de compuestos de boro cúbicos III-V utilizando un enfoque predictivo de primeros principios, el equipo ha descubierto que el arseniuro de boro (BA) tiene una notable conductividad térmica a temperatura ambiente, mayor que 2, 000 vatios por metro por grado Kelvin (> 2000 Wm ^-1 K ^-1 ). Esto es comparable a los de diamante y grafito, que son los valores de volumen más altos conocidos.

A diferencia de los metales, donde los electrones llevan el calor, El diamante y el arseniuro de boro son aislantes eléctricos. Para el último tipo de materiales, el calor es transportado por ondas vibratorias (fonones) de los átomos constituyentes, y la resistencia intrínseca al flujo de calor resulta de la dispersión de estas ondas entre sí. El diamante es de interés para aplicaciones de enfriamiento, pero es escaso y su fabricación sintética sufre de tasas de crecimiento lentas. altos costos y baja calidad. Sin embargo, Se ha avanzado poco hasta la fecha en la identificación de nuevos materiales de alta conductividad térmica.

Históricamente, completamente microscópico, Las técnicas de materiales computacionales sin parámetros han sido más avanzadas para las propiedades electrónicas que para el transporte térmico.

"En los últimos años, con las contribuciones del equipo de NRL, Se han desarrollado técnicas cuantitativas 'ab initio' para el transporte térmico, "dijo el Dr. Thomas L. Reinecke, físico, División de Ciencia y Tecnología Electrónica. "Estas técnicas abren el camino a una comprensión más completa de las características físicas clave en el transporte térmico ya la capacidad de predecir con precisión la conductividad térmica de nuevos materiales".

Estos sorprendentes hallazgos para el arseniuro de boro son el resultado de una interacción inusual de algunas de sus propiedades vibratorias que se encuentran fuera de las pautas comúnmente utilizadas para estimar la conductividad térmica de los aislantes eléctricos. Estas características hacen que las dispersiones entre ondas vibratorias sean mucho menos probables de lo que es típico en un cierto rango de frecuencias. lo que a su vez permite que se conduzcan grandes cantidades de calor en este rango de frecuencia. "Si estos emocionantes resultados se verifican mediante experimentos, abrirá nuevas oportunidades para aplicaciones de enfriamiento pasivo con arseniuro de boro, y demostraría el importante papel que puede desempeñar dicho trabajo teórico a la hora de proporcionar orientación para identificar nuevos materiales de alta conductividad térmica, "Dice Reinecke.

Los cálculos de conductividad térmica de este grupo concuerdan bien con los resultados experimentales disponibles para una amplia gama de materiales. El equipo estaba formado por los Dres. Lucas Lindsay y Tom Reinecke en NRL y el Dr. David Broido en Boston College.

Esta investigación, apoyado en parte por la Oficina de Investigación Naval (ONR) y la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa (DAPRA), proporciona una nueva visión importante de la física del transporte térmico en materiales, e ilustra el poder de las técnicas computacionales modernas para hacer predicciones cuantitativas para materiales cuyas propiedades aún no se han medido.