熱導(dǎo)率是衡量材料導(dǎo)熱能力的核心物性。所有已知材料在室溫下的熱導(dǎo)率都分布在大約0.01—1000Wm-1K-1這一范圍。比如硅和銅的熱導(dǎo)率較高，可以有效幫助電腦和手機(jī)保持較低的工作溫度。然而，隨著先進(jìn)微電子芯片內(nèi)部的熱流密度越來越高，為了保證有效散熱，對(duì)于具有超高熱導(dǎo)率的材料的要求也越來越緊迫。

今年1月，宋柏與合作者在Science雜志報(bào)道了有關(guān)半導(dǎo)體立方氮化硼晶體新型超級(jí)導(dǎo)熱材料的最新發(fā)現(xiàn)。

立方氮化硼晶體具有超高的硬度和化學(xué)耐受力，用于機(jī)械加工，可以勝任很多鉆石工具難以工作的尖端制造環(huán)境(如高溫)。立方氮化硼還具有非常寬的能帶間隙，是制造紫外光電器件的上好材料。雖然室溫下天然同位素豐度的立方氮化硼晶體熱導(dǎo)率只有大約850Wm-1K-1，然而經(jīng)過硼同位素的富集，在包含約99%的硼-10或硼-11的立方氮化硼晶體中，觀測(cè)到超過1600 Wm-1K-1的熱導(dǎo)率。同樣值得注意的是，實(shí)驗(yàn)上通過同位素富集把熱導(dǎo)率提高約90%，這也是迄今為止觀測(cè)到的最大同位素?zé)嵝?yīng)。

A為兩塊高質(zhì)量天然同位素豐度立方氮化硼晶體的光學(xué)照片；圖B為立方氮化硼、砷化硼以及鉆石等超級(jí)導(dǎo)熱材料在不同溫度下的熱導(dǎo)率

宋柏及合作者之所以能夠得到超高熱導(dǎo)率半導(dǎo)體立方氮化硼晶體，主要是消除了天然豐度立方氮化硼晶體中，由于硼-10和硼-11兩種同位素混合而產(chǎn)生的對(duì)于熱流的阻力。

擁有如此優(yōu)異的力學(xué)、化學(xué)、電學(xué)以及光學(xué)性質(zhì)，再加上如此少見的超高熱導(dǎo)率，立方氮化硼晶體在很多涉及大功率、高溫以及高光子能量的關(guān)鍵熱管理應(yīng)用中前景廣闊。