斯敦大学自然科学与数学学院物理系教授任志峰

高质量晶体于室温条件下的热导率超越了2100瓦每米开尔文（W/mK），其数值或许高于钻石。休斯顿大学的研究人员在导热性研究领域取得了他们所谓的具有颠覆性的发现，这一发现推翻了现有的理论，即化合物半导体砷化硼（BAs）在热传导方面无法与金刚石相抗衡。

与之相反，研究小组发现，高质量的晶体在室温时的导热系数能够超过2100 W/mK，甚至可能高于被视为各向同性材料中最优导热体的钻石。此项研究于10月10日发表在《今日材料》杂志上，它对现有的理论发起了挑战，并且有可能重塑我们对于导热材料的认知。同时，它还能为手机、高性能电子产品以及数据中心提供一种具备更优热管理性能的新型半导体材料。

“我们坚信自己的测量结果；我们的数据准确无误，这意味着理论需要做出修正。”通讯作者、休斯敦大学自然科学与数学学院物理系教授任志峰表示，“我并非断言该理论有误，但需要进行调整，以与实验数据相契合。”

这项研究是由任教授领衔的德克萨斯超导中心与加州大学圣巴巴拉分校和波士顿学院的研究人员携手开展的。在过去的十年间，砷化硼作为一种合成材料，理论上能够与钻石的导热性相媲美，甚至超越钻石，也就是具备高效地将热量从产品中导出的能力。2013年，波士顿学院的物理学家、该研究的合著者大卫·布洛伊多（David Broido）等人预测，BAs晶体能够达到这一导热水平。

然而，据任志峰所言，到2017年，经过修改的模型引入了四声子散射——这一过程相较于此前所用的三声子模型更为复杂——将BAs的热导率限制在了1360 W/mK，这使得大多数研究人员在后续的实验中忽视了其更高导热性的潜力。

不过，任志峰和其他研究人员认为，采用更高纯度的源材料能够提升热导率，因为样品中存在诸多缺陷时，其热导率约为1300 W/mK。此前的预测是基于完美的BAs晶体，而科学家们通过实验，利用存在显著缺陷的样品实现了预测的热水平。

通过提纯原砷并改进合成技术，该团队制备出了导热系数超过2100 W/mK的更纯净晶体，凭借这些晶体，破纪录的导热系数超出了理论预期。研究人员称，这一发现使BAs成为电子和热管理领域潜在的变革性材料。

“它集良好半导体与优质热导体的优势于一身——一种材料具备多种优异性能。这种情况在其他半导体材料中从未出现过。”

但研究工作远未终结。德克萨斯超导中心的研究人员将持续改进他们的材料，期望能使BAs的导热性进一步提升。任志峰邀请理论家重新审视热导率模型，突破理论极限，有望在未来发掘出性能更优的材料。“你不应让理论束缚你去探索更卓越的可能。”

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