より冷たく速く効果的に:電子機器の加熱を制止する新方法を発見 (Cooler Faster Better: UVA Engineers Uncover a New Way to Stop Electronics from Overheating)

2025-04-09 アメリカ合衆国・バージニア大学 (UVA)

バージニア大学の研究チームは、次世代の電子機器冷却技術として、六方晶窒化ホウ素(hBN)を用いた新たな熱輸送メカニズムを開発しました。従来の熱伝導がフォノンという遅い振動で拡散するのに対し、今回の研究では「双曲的フォノンポラリトン(HPhP)」という波を利用し、熱を光のように高速かつ直線的に伝搬させることに成功。ナノスケールでの極めて効率的な冷却が可能となり、スマートフォンや電気自動車、AI処理機器、医療機器などでの応用が期待されます。これは、従来の金属ヒートシンクやファンに頼らず、より小型で省電力な熱管理を実現する画期的な成果です。

<関連情報>

六方晶窒化ホウ素における双曲線型フォノン・ポラリトンモードを介した固体界面間の超高速減衰熱伝達 Ultrafast evanescent heat transfer across solid interfaces via hyperbolic phonon–polariton modes in hexagonal boron nitride

William Hutchins,Saman Zare,Dan M. Hirt,John A. Tomko,Joseph R. Matson,Katja Diaz-Granados,Mackey Long III,Mingze He,Thomas Pfeifer,Jiahan Li,James H. Edgar,Jon-Paul Maria,Joshua D. Caldwell & Patrick E. Hopkins
Nature Materials  Published:17 March 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s41563-025-02154-5

より冷たく速く効果的に:電子機器の加熱を制止する新方法を発見 (Cooler Faster Better: UVA Engineers Uncover a New Way to Stop Electronics from Overheating)

Abstract

Thermal transport across solid–solid interfaces is vital for advanced electronic and photonic applications, yet conventional conduction pathways often restrict performance. In polar crystals, hybridized vibrational modes called phonon polaritons offer a promising avenue to overcome the limitations of intrinsic phonon heat conduction. Here our work demonstrates that volume-confined hyperbolic phonon polariton (HPhP) modes can transfer energy across solid–solid interfaces at rates far exceeding phonon–phonon conduction. Using pump–probe thermoreflectance with a mid-infrared, tunable probe pulse with subpicosecond resolution, we remotely and selectively observe HPhP modes in hexagonal boron nitride (hBN) via broadband radiative heating from a gold source. Our measurements ascertain that hot electrons impinging at the interface radiate directly into the HPhPs of hBN in the near field, bypassing the phonon–phonon transport pathway. Such polaritonic coupling enables thermal transport speeds in solids orders of magnitude faster than possible through diffusive phonon processes. We thereby showcase a pronounced thermal transport enhancement across the gold–hBN interface via phonon–polariton coupling, advancing the limits of interfacial heat transfer.

0402電気応用
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