维也纳理工大学 信用:CC0公共领域 热水瓶有保持温度的任务——但有时你想达到相反的目的:计算机芯片产生的热量必须尽快排出，以免芯片被破坏
这需要具有特别好的热传导性能的特殊材料
因此，在中国和美国团队的合作下，一个来自图维恩的研究小组开始寻找最佳导热体
他们最终在一种非常特殊的氮化钽中找到了他们想要的东西——没有其他已知的金属材料具有更高的热导率
为了能够识别这种打破记录的材料，他们首先必须分析在原子水平上，在这种材料的热传导中哪些过程起作用
该结果现已发表在科学杂志《物理评论快报》上
电子和晶格振动 “基本上，热量在材料中传播有两种机制，”教授解释说
德国维也纳大学材料化学研究所的乔治·麦德森
“首先，通过穿过材料的电子，带走能量
这是良导体的主要机制
其次是通过声子，声子是材料中集体的晶格振动
“原子移动，导致其他原子抖动
在较高的温度下，通过这些振动传播的热传导通常是决定性的影响
但是电子和晶格振动都不能完全不受阻碍地在材料中传播
有各种各样的过程可以减缓热能的传播
电子和晶格振动可以相互作用，可以散射，可以被材料的不规则性阻止
在某些情况下，热传导甚至会因为一种元素的不同同位素嵌入到材料中而受到极大的限制
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中子数不同的类似原子
在这种情况下，原子的质量并不完全相同，这影响了材料中原子的集体振动行为
“其中一些影响可以被抑制——但通常不会同时发生，”乔治·麦德森说
“这就像打地鼠一样:你解决了一个问题，同时另一个新问题又出现了
" 氮化钽，全才 尽管我们每天都有手被热金属板烫伤的经历，但金属的导热性一般
已知导热率最高的金属是银，其导热率只有记录载体钻石的一小部分
但是钻石很贵，而且很难加工
通过精心的理论分析和计算机模拟，研究小组最终成功地确定了一种合适的材料:氮化钽的六方θ相
钽特别受欢迎，因为几乎没有任何不同的同位素
差不多99
99%的天然钽是同位素钽181，其他变体几乎不存在
“与氮的结合和特殊的原子尺度几何结构使相成为金属，它抑制了载热振动与其他振动和导电电子的相互作用
正是这些相互作用抑制了其他材料的热传导，”乔治·麦德森说
“这些相互作用在这种材料中是不可能的，因为它们会违反能量守恒定律
" 因此，这种形式的氮化钽结合了几个重要的优点，使其成为一种破纪录的材料，其热导率比银高几倍，与金刚石相当
“对于芯片工业来说，氮化钽是一种非常有前途的材料，”麦德森确信
“芯片变得越来越小，功能越来越强大，因此导热成为一个越来越大的问题
没有其他材料比θ相氮化钽更能解决这个问题
"
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