Исследователи Корнеллского университета рассчитали, что направление электрического поля может менять теплопроводность нитрида алюминия. Работа вышла 11 августа 2026 года в журнале npj Computational Materials. В отдельном эксперименте с нитридом бора, опубликованном 9 ноября в Nano Letters, тепловое сопротивление одного устройства снизилось максимум на 25%.

Эти результаты пока не показывают, что теплоотводом в готовой микросхеме можно управлять как выключателем. Расчёт касался нитрида алюминия, а измерения проводили на другом материале, нитриде бора. Испытания прошли на лабораторных образцах, не на готовых электронных устройствах.

Как электрическое поле меняет перенос тепла

Команда Житин Тянь объединила два расчётных метода: теорию функционала плотности и неравновесные функции Грина. Такой подход, сокращённо DFT-NEGF, позволяет рассчитать, как поле перераспределяет электроны и меняет взаимодействие атомов. Это влияет на фононы, колебания кристаллической решётки, которые переносят тепловую энергию.

В модели кристалл нитрида алюминия помещали между электродами и сравнивали поля противоположных направлений. Без поля расчётная теплопроводность поперёк плёнки составляла около 334 Вт/(м·К). При одном направлении поля она возрастала, при обратном снижалась. Авторы связывают разницу с тем, что поле по-разному влияет на атомные связи в зависимости от полярности кристалла.

Представим тонкий слой нитрида алюминия между двумя электродами. Согласно расчёту, поле, направленное вдоль полярности кристалла, может облегчить прохождение тепла через слой. При смене направления модель предсказывает обратное изменение. Это иллюстрирует расчётный принцип, но не устанавливает, насколько быстро эффект проявится в работающей микросхеме.

В эксперименте команда изучала тонкие монокристаллические образцы нитрида бора между металлическими электродами. Учёные приложили сильное поле и измерили тепловое сопротивление методом частотно-доменной терморефлектометрии. В одном устройстве при повторных испытаниях оно снизилось максимум на 25%.

Изменения возникали постепенно, за десятки минут или несколько часов, и частично восстанавливались во время или между циклами измерений. Обычные электрические измерения не обнаружили эффекта, который показал тепловой метод.

Результаты относятся к материалам и лабораторным образцам: управление отводом тепла в готовой микросхеме в этих работах не демонстрировали. Подробные разборы исследований публикуются в разделе научных статей.

Схема показывает расчётную связь направления электрического поля с атомными взаимодействиями и теплопереносом в нитридном материале

Фото: Ron Lach / Pexels