清華新聞網(wǎng)3月10日電 近日，清華大學(xué)深圳國(guó)際研究生院孫波團(tuán)隊(duì)與合作者通過(guò)高溫高壓法合成了具有超高導(dǎo)熱性能的金屬六方氮化鉭（θ-TaN）單晶，突破金屬材料長(zhǎng)期存在的熱導(dǎo)率上限，為先進(jìn)熱管理材料的研發(fā)開(kāi)辟了新路徑。
θ-TaN單晶導(dǎo)熱
集成電路的發(fā)展長(zhǎng)期受限于金屬材料的散熱性能，研究團(tuán)隊(duì)制備的θ-TaN單晶在室溫下展現(xiàn)出高達(dá)502 W m?1 K?1的熱導(dǎo)率。研究顯示，即便樣品中存在氮空位，其測(cè)得的導(dǎo)熱性能仍超越所有傳統(tǒng)金屬導(dǎo)體。材料的高熱導(dǎo)率主要源于其較大的聲學(xué)–光學(xué)聲子能隙有效抑制了三聲子散射，同時(shí)費(fèi)米能級(jí)附近較低的電子態(tài)密度顯著削弱了聲子-電子散射。該研究在金屬材料超高熱導(dǎo)率的探索中邁出了重要一步。
該工作為新一代高性能熱管理材料的研發(fā)奠定了重要科學(xué)基礎(chǔ)。研究進(jìn)一步指出，優(yōu)化晶體質(zhì)量、減少空位濃度，有望進(jìn)一步提升其熱導(dǎo)性能，這為材料性能的持續(xù)優(yōu)化指明了清晰路徑。此外，研究合成的θ-TaN不僅具備優(yōu)異的熱導(dǎo)率，同時(shí)兼具高氧化溫度和高熱穩(wěn)定性等特性，展現(xiàn)出其在先進(jìn)熱管理應(yīng)用中的綜合優(yōu)勢(shì)。這一成果為設(shè)計(jì)突破傳統(tǒng)性能極限的金屬導(dǎo)體提供了全新指導(dǎo)。
研究成果以“高導(dǎo)熱金屬氮化鉭單晶”（High thermal conductivity in metallic θ-TaN single crystals）為題，于2月14日發(fā)表于《國(guó)家科學(xué)評(píng)論》（National Science Review）。
清華大學(xué)深圳國(guó)際研究生院2025屆博士畢業(yè)生劉一哲為論文第一作者，南方科技大學(xué)周雪峰博士和寧波東方理工大學(xué)2024級(jí)博士生龐桂健為論文共同第一作者，清華大學(xué)深圳國(guó)際研究生院副教授孫波、寧波東方理工大學(xué)副教授李武和南方科技大學(xué)副教授王善民為論文通訊作者。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1093/nsr/nwag106
供稿：深圳國(guó)際研究生院
編輯：李華山
審核：郭玲
