Metallic θ-phase tantalum nitride has a thermal conductivity triple that of copper

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作者
Suixuan Li,Chuanjin Su,Zihao Qin,Ahmet Alatas,M. Kunz,T. Yamada,S. D. Kelly,M. H. Upton,Anthony J. Gironda,Jiyong Zhao,Bora Kalkan,Wanli Yang,Toshihiro Aoki,Yongjie Hu
出处
期刊:Science [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:391 (6786): 707-711 被引量:1
标识
DOI:10.1126/science.aeb1142
摘要

Efficient heat dissipation is fundamentally limited by intrinsic scattering mechanisms that cap the thermal conductivity of metallic materials such as copper to ~400 watts per meter-kelvin. Here we report the experimental realization of single-crystalline θ-phase tantalum nitride (θ-TaN), a metastable transition metal nitride predicted to overcome this limitation. We measured a room-temperature thermal conductivity of ~1100 watts per meter-kelvin, nearly three times that of copper. Synchrotron-based inelastic x-ray scattering revealed a distinctive phonon band structure with a large acoustic-optical gap and phonon bunching, which suppress phonon-phonon scattering. Ultrafast optical spectroscopy confirmed exceptionally weak electron-phonon coupling and validated first-principles calculations. These findings redefine the thermal transport limits of metallic materials and open new opportunities for advancing thermal management in electronics and power systems.
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