Peneliti di University of Houston menemukan bahwa kristal arsenida boron berkualitas tinggi menghantarkan panas lebih baik daripada berlian, mencapai lebih dari 2.100 watt per meter per Kelvin pada suhu kamar. Terobosan ini menantang teori yang ada dan menjanjikan kemajuan dalam elektronik. Temuan tersebut diterbitkan di Materials Today.
Para ilmuwan lama menganggap berlian sebagai konduktor termal isotropik utama, tetapi studi baru yang dipimpin oleh University of Houston mengungkapkan bahwa arsenida boron (BAs) dapat melampauinya dalam kondisi ideal. Penelitian yang dilakukan oleh Texas Center for Superconductivity di University of Houston bekerja sama dengan University of California, Santa Barbara, dan Boston College, menunjukkan bahwa kristal BAs yang sangat murni mencapai konduktivitas termal di atas 2.100 W/mK pada suhu kamar—berpotensi melebihi kinerja berlian.
Perjalanan dimulai lebih dari satu dekade lalu. Pada 2013, fisikawan David Broido dari Boston College memprediksi bahwa BAs bisa menyamai atau mengalahkan berlian dalam konduksi panas. Namun, model teoretis 2017 yang memasukkan penyebaran empat fonon menurunkan harapan menjadi sekitar 1.360 W/mK, menyebabkan banyak orang mengabaikan potensi bahan tersebut. Eksperimen awal hanya menghasilkan sekitar 1.300 W/mK karena pengotor dalam kristal.
Zhifeng Ren, profesor fisika di University of Houston dan penulis koresponden studi, mencurigai bahwa cacat, bukan keterbatasan inheren, adalah masalahnya. Dengan menyempurnakan arsen mentah dan meningkatkan metode sintesis, timnya menghasilkan kristal yang lebih bersih yang memecahkan rekor sebelumnya. "Kami percaya pada pengukuran kami; data kami benar dan itu berarti teori perlu dikoreksi," kata Ren. "Saya tidak mengatakan teori itu salah, tapi penyesuaian perlu dilakukan agar konsisten dengan data eksperimental."
Penemuan ini menyoroti peran kritis kemurnian material dalam kinerja termal dan bisa mengubah teknologi semikonduktor. Berbeda dengan berlian, yang memerlukan kondisi ekstrem untuk diproduksi, BAs menawarkan manufaktur yang lebih mudah dan hemat biaya sambil menggabungkan disipasi panas superior dengan sifat semikonduktor yang kuat, termasuk mobilitas pembawa tinggi dan celah pita lebar. "Material baru ini sangat luar biasa," tambah Ren. "Ia memiliki sifat terbaik dari semikonduktor yang baik, dan konduktor termal yang baik—semua jenis sifat baik dalam satu material. Itu belum pernah terjadi pada material semikonduktor lainnya."
Pekerjaan ini merupakan bagian dari proyek National Science Foundation senilai 2,8 juta dolar yang dipimpin oleh Bolin Liao di UC Santa Barbara, melibatkan University of Houston, University of Notre Dame, dan UC Irvine, dengan dukungan dari mitra industri Qorvo. Peneliti berencana untuk lebih menyempurnakan BAs untuk mendorong batas lebih jauh. Seperti yang dicatat Ren, "Anda tidak boleh membiarkan teori menghalangi Anda menemukan sesuatu yang lebih besar, dan ini persis yang terjadi dalam pekerjaan ini." Studi ini menantang para ilmuwan untuk meninjau ulang model dan mengeksplorasi material yang diremehkan untuk aplikasi di smartphone, elektronik berdaya tinggi, dan pusat data.