تا الان همه فکر می‌کردن الماس سلطانِ انتقال گرماست و هیچ ماده‌ای به گرد پاش هم نمی‌رسه. ولی خب، دانشمندای دانشگاه هیوستون اومدن نشون دادن که اینجوریام نیست! یه بلور مصنوعی به اسم “بورون آرسناید” (Boron Arsenide یا همون BAs) هست که از الماس هم بهتر گرما رو منتقل می‌کنه. یعنی اگه قرار باشه باهاش قطعات الکترونیکی ساخته بشه، دیگه کم نمیارن و دماشون کنترل میشه، نگیم نگفتی!
ماجرا اینجوری شروع شد که تیم تحقیقاتی دانشگاه هیوستون، با همکاری دانشگاه UC Santa Barbara و Boston College، اومدن دنبال این بودن که واقعاً میشه BAs رکورد الماس رو بزنه یا نه. خب قبلاً توی مدل‌سازی‌های تئوری، BAs رو خیلی قوی پیش‌بینی کرده بودن، ولی وقتی میومدن آزمایش کنن، خبری از اون قدرت عجیب نبود. مثلاً یه تئوریِ جدید که سال ۲۰۱۷ مد شده بود، نشون می‌داد “scattering چهار-فونونی” (Four-phonon scattering یعنی پراکندگی انرژی تو بلور وقتی چند تا “فونون” – که همون لرزش‌های اتمی هستن – باهم تداخل می‌کنن) باعث میشه BAs بیشتر از ۱۳۶۰ وات به ازای هر متر بر کلوین (W/mK) کارایی نداشته باشه و خلاصه زیر دست الماس بمونه.
ولی گروه پروفسور ژیفنگ رن (Zhifeng Ren)، که رئیس این پروژه بود، شک داشت! اونا گفتن احتمالاً نمونه‌هایی که تا حالا تست شده بودن، دارای ناخالصی بودن. پس دست به کار شدن، مواد اولیه آرسنیک رو حسابی تمیز کردن و روشِ سنتز کریستالشون رو کلی بهبود دادن. نتیجه؟ یهو بلوری داشتن با هدایت گرمایی بالای ۲۱۰۰ W/mK تو دمای اتاق! یعنی حتی بیشتر از الماس!
رن اینقدر از کارشون مطمئن بود که گفت: «ما مطمئنیم اندازه‌گیری‌مون درست بوده و اگه تئوری جواب نمی‌ده، خب وقتشه اصلاح بشه!» یعنی یه جورایی اومدن و یه نظریه‌ی خیلی معروف فیزیکی رو به چالش کشیدن.
حالا چرا این قضیه اینقدر مهمه؟ چون مدیریت گرما توی دستگاه‌هایی مثل گوشی هوشمند، سرورهای دیتاسنتر یا حتی سخت‌افزارهای هوش مصنوعی (AI، یعنی سیستم‌هایی که خودشون یاد می‌گیرن و کار هوشمندانه انجام میدن)، حیاتی و مهمه. وقتی گرما راحت‌تر عبور کنه، دستگاه کمتر داغ می‌کنه و قطعاتش عمر بیشتری پیدا می‌کنن و می‌تونن سریع‌تر هم کار کنن.
از همه جالب‌تر اینکه BAs فقط توی انتقال گرما ماهر نیست، بلکه خواص نیمه‌هادی خیلی خوبی هم داره. یعنی می‌تونه همزمان گرما رو عالی منتقل کنه و نقش یه نیمه‌هادی رو بازی کنه. نیمه‌هادی‌ها اون دسته از موادین که مثلاً تو ساخت تراشه‌های الکترونیکی، ترانزیستورها، و کلی فناوری محاسباتی استفاده میشن. جالبه دیگه، چون تا الان هیچ ماده‌ای نبود که این دوتا خصوصیت رو همزمان باهم داشته باشه!
مزایای BAs فقط به اینا ختم نمیشه: تولیدش نسبت به الماس آسون‌تر و ارزون‌تره، گاف انرژی (Band gap یعنی فاصله انرژی بین نوار ظرفیت و نوار رسانش در یه نیمه‌هادی) بزرگ‌تری داره و حرکت حامل‌هاش (Carrier mobility یعنی سرعت حرکت الکترون‌ها و حفره‌ها که باعث رسانایی میشن) خیلی بالاست. حتی ضریب انبساط حرارتیش هم مناسب تراشه‌سازیِ امروزه.
این کشف می‌تونه تمام صنعت مواد و الکترونیک رو تکون بده. دانشمندها پشتیبانی یه بودجه ۲.۸ میلیون دلاری از بنیاد ملی علوم آمریکا (National Science Foundation) رو هم گرفتن و شرکت صنعتی Qorvo هم پشتیبانی‌شون می‌کنه، پس بعیده این آخر کار باشه و بیشتر قراره شگفت‌زده‌مون کنن.
خلاصه، اون چیزی که همه فکر می‌کردن علمی و قطعی هست، با یه آزمایش خوب زیر سوال رفت. پروفسور رن هم خودش میگه: «نباید اجازه بدی فقط یه تئوری جلوی کشف‌های بزرگ‌تر رو بگیره!» مقاله این کار هم تو ژورنال Materials Today چاپ شده و مطمئناً به زودی درباره‌ش بیشتر می‌شنویم.
اگه دنبال این بودین که تو دنیای مواد و فیزیک چیزی واقعاً جدید و هیجان‌انگیز اتفاق بیفته، خب این همون لحظه‌ست!
منبع: +
