Uma equipe de pesquisa multi-institucional liderada pelo Professor Yongjie Hu, da Escola de Engenharia Samuelley da UCLA, publicou uma descoberta significativa na revista Science: um material chamado nitreto de tântalo metálico na fase teta apresenta uma condutividade térmica de aproximadamente 1100 W/mK, a mais alta já medida para um metal. Esse valor é quase três vezes maior que o de metais tradicionais de alta condutividade térmica, como cobre ou prata, estabelecendo um novo padrão para a condutividade térmica em materiais metálicos.
A condutividade térmica é um indicador fundamental da eficiência de transferência de calor de um material. Para dispositivos eletrônicos, materiais com alta condutividade térmica eliminam eficazmente pontos quentes localizados, prevenindo a degradação do desempenho, a redução da confiabilidade e as perdas de eficiência energética causadas pelo superaquecimento. Por muito tempo, o cobre e a prata dominaram o mercado global de dissipadores de calor devido à sua excelente condutividade térmica; a condutividade térmica do cobre é de aproximadamente 400 W/m·Kelvin, representando cerca de 30% dos materiais comerciais para dissipadores de calor. No entanto, com o rápido desenvolvimento da tecnologia de inteligência artificial e a crescente demanda por dissipação de calor, o desempenho dos metais tradicionais está gradualmente se aproximando de seus limites.
O professor Hu Yongjie destacou: "A demanda por dissipação de calor está levando o desempenho de metais tradicionais, como o cobre, ao limite, e a forte dependência do cobre em chips e aceleradores de IA tornou-se uma questão crítica que precisa ser abordada com urgência. O nitreto de tântalo na fase teta pode ser uma alternativa inovadora e de alto desempenho, alcançando maior condutividade térmica e fornecendo diretrizes para o projeto de materiais termicamente condutores de próxima geração." Essa descoberta desafia suposições antigas sobre os limites da transferência de calor em materiais metálicos, demonstrando que a otimização da estrutura atômica pode melhorar significativamente a eficiência da transferência de calor em metais.
A equipe de pesquisa verificou a excepcional eficiência de transferência de calor do nitreto de tântalo na fase teta usando diversas técnicas, incluindo espalhamento de raios X de sincrotron e espectroscopia óptica ultrarrápida. Modelos teóricos mostram que sua estrutura atômica única — o arranjo hexagonal alternado de átomos de tântalo e nitrogênio — pode levar a interações elétron-fônon extremamente fracas, melhorando significativamente a eficiência da transferência de calor. Essa descoberta não é importante apenas para a microeletrônica e o hardware de IA, mas também pode impactar tecnologias cada vez mais sujeitas a restrições térmicas, como data centers, sistemas aeroespaciais e plataformas quânticas emergentes.
