Calore quantistico: i fononi viaggiano in raggi focalizzati a temperatura ambiente

• Nei materiali convenzionali, hanno osservato pattern circolari e uniformi di diffusione del calore, coerenti con la diffusione ordinaria .
• Nell'arseniuro di boro, hanno osservato pattern di temperatura sorprendentemente simili a raggi, confermando che il calore veniva guidato lungo specifiche direzioni cristalline .
• I pattern di flusso di calore cambiavano prevedibilmente con l'orientamento del cristallo: diversi piani cristallini del BAs mostravano distinte simmetrie di focalizzazione a sei, otto e quattro raggi .
• Il comportamento quantistico dei fononi persisteva su distanze di un micrometro e potenzialmente fino a decine di micrometri — sufficiente per i moderni dispositivi elettronici, fotonici e quantistici .
• I risultati sperimentali corrispondevano strettamente alle simulazioni teoriche basate sui primi principi, confermando che la debole diffusione fononica del BAs consente il trasporto ondulatorio a lunga distanza a temperatura ambiente .

Implicazioni per la gestione termica

Elettronica e hardware AI — Il surriscaldamento è uno dei colli di bottiglia principali che limita prestazioni, affidabilità e scalabilità nella microelettronica e nell'hardware AI. Consentendo di guidare, focalizzare e ridistribuire il calore con precisione nanometrica a temperatura ambiente, questa scoperta apre la possibilità di una "ingegneria termica quantistica": progettare percorsi di raffreddamento predefiniti nei chip, invece di affidarsi a dissipatori di calore massivi dopo che il calore si è già diffuso .

Dispositivi quantistici — La capacità di controllare le interazioni dei fononi con gli elettroni e altri portatori di energia a livello quantistico potrebbe consentire progressi nell'elaborazione delle informazioni quantistiche e nel sensing quantistico, dove il controllo preciso dell'ambiente termico è critico .

Applicazioni più ampie — La scoperta potrebbe anche favorire la gestione termica nei sistemi aerospaziali, nei dispositivi fotonici e nel packaging dei semiconduttori di prossima generazione, dove l'elevata conduttività termica dell'arseniuro di boro (già dimostrata in precedenza dal gruppo di Hu) può ora essere combinata con il controllo direzionale del flusso di calore .

Dettagli dello studio: Pubblicato il 23 luglio 2026 su Nature Physics . Autori: Man Li, Huan Wu, Zihao Qin, Chuanjin Su e Huu Duy Nguyen (studenti laureati attuali/già all'UCLA) insieme a Yongjie Hu . Finanziato dal Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti, dalla National Science Foundation e dal National Institutes of Health .