Otkriven materijal budućnosti - za njega je konstrukcijski čelik premekan. Nevjerojatno je kakve karakteristike ima

Bakar je jedan od najboljih toplinskih vodiča među metalima. Njegova toplinska vodljivost na sobnoj temperaturi od 20 Celzijevih stupnjeva iznosi približno 401 W/mK (wat po metru i kelvinu), a bolje rezultate od njega postiže jedino srebro (oko 429 W/mK). Budući da je bakar puno jeftiniji i na zraku stvara zaštitni sloj, odnosno patinu zelenkaste boje koja sprječava daljnje propadanje, masovno se koristi u elektrotehnici (žice, kabeli, namoti transformatora i motora), građevinarstvu (cijevi za centralno grijanje, plinske instalacije) i elektronici - u serverima podatkovnih centara, pametnim telefonima i matičnim pločama računala.

Međutim, zrakoplovni inženjeri sa Sveučilišta Kalifornija u Los Angelesu (UCLA) su otkrili materijal koji po toplinskoj vodljivosti skoro tri puta nadmašuje ne samo bakar, nego i srebro! Riječ je o metalnom theta-faznom tantal nitridu (Metallic theta-phase tantalum nitride) koji pokazuje ultravisoku toplinsku vodljivost od čak 1100 W/mK. Koristeći vrhunac strukturne analize molekularne strukture materijala - sinkrotronsko raspršenje X-zraka (SXRS), te ultrabrzu optičku spektroskopiju, istraživači su otkrili neobično slabe elektron-fononske interakcije (e-ph) u ovoj specifičnoj konfiguraciji tantalovog nitrida. Zbog toga je moguć super učinkoviti protok topline kroz materijal s puno manjim otporom i taj podatak puno obećava...

Specifična struktura

- Kako tehnologije umjetne inteligencije brzo napreduju, zahtjevi za odvođenjem topline guraju konvencionalne metale poput bakra do njihovih granica performansi, a velika globalna ovisnost o bakru u čipovima i akceleratorima umjetne inteligencije postaje kritična briga - pojasnio je voditelj studije Yongjie Hu, profesor na UCLA Samueli School of Engineering.

Njihova studija je nedavno objavljena u magazinu Science i pokazuje da bi ovaj metalni materijal mogao postati poželjna alternativa bakru, ali ne samo u kućnim hladnjacima nego i u računalima, AI hardveru, zrakoplovnim sustavima i kvantnim računalima koja se moraju stalno hladiti. Većina se svjetskih znanstvenika slaže kako metalni theta-fazni tantal nitrid predstavlja fascinantan materijal, prvenstveno zbog svoje specifične kristalne strukture i iznimne tvrdoće. Naime, kristalizira se u heksagonalnom sustavu koju karakterizira poseban raspored atoma tantala i dušika, čime se stvara tako visoka gustoća.

Prikladan za ekstremne uvjete

Osim toga, radi se o materijalu čija tvrdoća može dosegnuti vrijednosti preko 30 GPa (gigapaskala), što ga svrstava u elitni krug super-tvrdih materijala i čini otpornom na habanje i mehanička oštećenja. Usporedbe radi, obični konstrukcijski čelici imaju tvrdoću od oko 2 do 5 GPa, dok najtvrđi kaljeni čelici dosežu tek 10 GPa. Iako je po sastavu nitrid (često su izolatori ili poluvodiči), pokazuje metalnu električnu vodljivost. To znači da ima visoku gustoću elektronskih stanja na Fermijevoj razini i dobar protok električne struje.

Također je izuzetno stabilan na visokim temperaturama, te prikladan za primjenu u ekstremnim uvjetima gdje bi drugi materijali oksidirali ili izgubili strukturni integritet. Osim za potrebe hlađenja mikročipova, AI hardvera i računala, materijal je predmet istraživanja i za napredne alate za rezanje (s tankim zaštitnim filmovima), elektrode u teškim kemijskim okruženjima, kao i hibridne elektroničke komponente gdje je potrebna barijera koja je ujedno i dobar vodič.