美国研究人员(华人科学家）发现“改变游戏规则”的砷化硼

高质量晶体在室温下的热导率超过 2,100 W/mK——可能高于钻石

休斯顿大学的研究人员在热导率方面取得了突破性的发现，推翻了现有的理论，即化合物半导体砷化硼 (BA) 的热导率无法与钻石相媲美。

相反，研究小组发现，高质量晶体在室温下的热导率可以超过 2,100 W/mK——可能高于钻石，而钻石一直被认为是各向同性材料中最好的热导体。

这项研究于10月10日发表在《今日材料》杂志上，挑战了现有理论，并可能重塑我们对导热材料的理解。它还可能催生一种新型半导体材料，使其在手机、高性能电子设备和数据中心中拥有更佳的热管理性能。

“我们相信团队的测量结果；我们的数据是正确的，这意味着理论需要修正，”本文通讯作者、休斯顿大学自然科学与数学学院物理系教授任志峰（上图）说道。“我不是说理论错了，而是需要进行调整，使其与实验数据保持一致。”

这项研究是由任教授带领的休斯顿大学德克萨斯超导研究中心与加州大学圣巴巴拉分校和波士顿学院的研究人员合作完成的。

过去十年，人们曾推测，合成材料砷化硼的导热系数（即有效传导产品热量的能力）可与钻石媲美，甚至超越钻石。2013年，该研究的合著者、波士顿学院物理学家David Broido等人预测，砷化硼晶体的性能可以达到这一水平。

但据任教授介绍，到 2017 年，修改后的模型增加了四声子散射（比以前使用的三声子模型更复杂的过程），将热导率限制在 1,360 W/mK，这导致大多数研究人员忽视了未来实验中更高热导率的可能性。

然而，任教授和其他研究人员认为，使用纯度更高的原材料可以提高热导率，因为热导率约为 1,300 W/mK 的样品中存在许多缺陷。这些预测以前是基于完美的砷化硼晶体进行的，但科学家们成功地通过实验，使用存在明显缺陷的样品达到了预测的热水平。

通过净化原料砷和改进合成技术，该团队生产出了更清洁的晶体，其热导率超过 2,100 W/mK，并且创下了超出理论预期的热导率纪录。

研究人员表示，这一发现使砷化硼（BA）有望成为电子和热管理领域颠覆性技术的潜在突破者。“它兼具半导体和热导体的最佳性能——所有优良特性都集中在一种材料中。这在其他半导体材料中从未出现过，”任教授说道。

这项研究工作远未结束。德克萨斯超导研究中心的研究人员将继续改进材料，希望进一步提高BA的热导率。

任教授邀请理论物理学家重新审视热导率模型，突破理论极限，或许在未来能够发现更好的材料。

“不应该让理论阻碍更伟大的东西的发现，而这项工作正是如此。”任教授说道。

参考文献

Ange Benise Niyikiza et al; Materials Today (2025)