في تطور علمي قد يعيد تشكيل صناعة الإلكترونيات، أعلن باحثون عن اكتشاف مادة جديدة قادرة على نقل الحرارة بسرعة تفوق المعادن التقليدية بثلاثة أضعاف تقريبًا.

ويأتي هذا الإنجاز في وقت تعاني فيه الأجهزة الذكية وخوادم مراكز البيانات والرقائق الإلكترونية من تحديات ارتفاع الحرارة التي تؤثر مباشرة على الأداء والاستقرار.

لطالما اعتُبر النحاس أحد أفضل المعادن في توصيل الحرارة، إذ تبلغ موصليته الحرارية نحو 401 واط/متر.كلفن عند درجة حرارة الغرفة، ليأتي في المرتبة الثانية بعد الفضة بفارق طفيف، مع ميزة انخفاض التكلفة لكن دراسة حديثة كشفت عن مادة جديدة تتفوق على الاثنين معًا بفارق كبير.

المادة المكتشفة هي نتريد التنتالوم المعدني في الطور ثيتا، وتتميز بموصلية حرارية تصل إلى نحو 1100 واط/متر.كلفن، ما يجعلها واحدة من أكثر المواد كفاءة في نقل الحرارة على الإطلاق. 

وتعود هذه القدرة الاستثنائية إلى التفاعلات القوية بين الإلكترونات الحرة والاهتزازات الذرية المعروفة بـ«الفونونات»، والتي تسمح بتدفق حراري فائق الكفاءة عبر البنية البلورية للمادة.

وباستخدام تقنيات تحليل متطورة مثل تشتت الأشعة السينية باستخدام السنكروترون والتحليل الطيفي فائق السرعة، اكتشف العلماء تفاعلات غير اعتيادية بين الإلكترونات والفونونات في هذه المادة، ما يقلل من مقاومة انتقال الحرارة بشكل كبير مقارنة بالنحاس والفضة.

وأوضح يونغجي هو، أستاذ الهندسة في جامعة كاليفورنيا وقائد الدراسة، أن الطفرة السريعة في تقنيات الذكاء الاصطناعي وضعت المعادن التقليدية أمام حدودها القصوى في تبديد الحرارة، مشيرًا إلى أن الاعتماد العالمي الكبير على النحاس أصبح مصدر قلق مع ارتفاع متطلبات الأداء الحراري للرقائق الإلكترونية ومسرّعات الذكاء الاصطناعي.

ويرى الباحثون أن نتريد التنتالوم قد يشكل بديلا ثوريا للنحاس في مشتتات الحرارة، ليس فقط لأجهزة الكمبيوتر والهواتف الذكية، بل أيضًا لتطبيقات متقدمة مثل أنظمة الفضاء والحواسيب الكمومية التي تتطلب بيئات تشغيل باردة للغاية للحفاظ على كفاءة الأداء.

يمثل هذا الاكتشاف خطوة كبيرة نحو تطوير مواد حرارية فائقة الأداء، وقد يفتح الباب أمام جيل جديد من الأجهزة الإلكترونية الأكثر سرعة وكفاءة وأقل استهلاكًا للطاقة، مع قدرة أفضل على مواجهة تحديات الحرارة في عصر الذكاء الاصطناعي والتقنيات المتقدمة.