p Uma equipe de físicos teóricos do Laboratório de Pesquisa Naval dos EUA (NRL) e do Boston College identificou o arseneto de boro cúbico como um material com uma condutividade térmica extraordinariamente alta e o potencial de transferir calor de forma mais eficaz de dispositivos eletrônicos do que o diamante, o mais conhecido condutor térmico até hoje. p À medida que os dispositivos microeletrônicos ficam menores, mais rápido e poderoso, o gerenciamento térmico está se tornando um desafio crítico. Este trabalho fornece uma nova visão sobre a natureza do transporte térmico em um nível quantitativo e prevê um novo material, com condutividade térmica ultra-alta, de potencial interesse para aplicações de resfriamento passivo.

p Calculando a condutividade térmica de compostos de boro III-V cúbicos usando uma abordagem de primeiros princípios preditivos, a equipe descobriu que o arsenieto de boro (BAs) tem uma notável condutividade térmica à temperatura ambiente, maior que 2, 000 Watts por metro por grau Kelvin (> 2000 Wm ^-1 K ^-1 ) Isso é comparável aos de diamante e grafite, quais são os maiores valores em massa conhecidos.

p Ao contrário dos metais, onde os elétrons carregam o calor, diamante e arseneto de boro são isolantes elétricos. Para o último tipo de material, o calor é transportado por ondas vibracionais (fônons) dos átomos constituintes, e a resistência intrínseca ao fluxo de calor resulta da dispersão dessas ondas umas das outras. O diamante é interessante para aplicações de resfriamento, mas é escasso e sua fabricação sintética sofre de taxas de crescimento lentas, custos elevados e baixa qualidade. Contudo, pouco progresso foi feito até o momento na identificação de novos materiais de alta condutividade térmica.

p Historicamente, totalmente microscópico, técnicas de materiais computacionais livres de parâmetros têm sido mais avançadas para propriedades eletrônicas do que para transporte térmico.

p "Nos últimos anos, com contribuições da equipe do NRL, Técnicas quantitativas 'ab initio' foram desenvolvidas para transporte térmico, "disse o Dr. Thomas L. Reinecke, físico, Divisão de Ciência e Tecnologia Eletrônica. "Essas técnicas abrem o caminho para uma compreensão mais completa dos principais recursos físicos no transporte térmico e para a capacidade de prever com precisão a condutividade térmica de novos materiais."

p Essas descobertas surpreendentes para o arsenieto de boro resultam de uma interação incomum de algumas de suas propriedades vibracionais que estão fora das diretrizes comumente usadas para estimar a condutividade térmica de isoladores elétricos. Essas características fazem com que as dispersões entre as ondas vibracionais sejam muito menos prováveis ​​do que o típico em uma certa faixa de frequências, o que, por sua vez, permite que grandes quantidades de calor sejam conduzidas nesta faixa de frequência. "Se esses resultados empolgantes forem verificados por experimento, vai abrir novas oportunidades para aplicações de resfriamento passivo com arseneto de boro, e demonstraria o papel importante que tal trabalho teórico pode desempenhar no fornecimento de orientação para identificar novos materiais de alta condutividade térmica, "Reinecke diz.

p Os cálculos de condutividade térmica deste grupo estão de acordo com os resultados experimentais disponíveis para uma ampla gama de materiais. A equipe era formada pelos drs. Lucas Lindsay e Tom Reinecke no NRL e o Dr. David Broido no Boston College.

p Essa pesquisa, apoiado em parte pelo Office of Naval Research (ONR) e pela Defense Advanced Research Projects Agency (DAPRA), dá uma nova visão importante sobre a física do transporte térmico em materiais, e ilustra o poder das técnicas computacionais modernas em fazer previsões quantitativas para materiais cujas propriedades ainda precisam ser medidas.