Investigadores de UCLA descubren material metálico que conduce el calor casi tres veces mejor que el cobre
La necesidad de disipar calor en componentes electrónicos crece constantemente. Los disipadores de cobre, que actualmente son los más eficientes, se acercan a su límite físico. Si la potencia de los procesadores aumenta un poco más, el riesgo de que se sobrecalienten de forma crítica es real. Esta situación podría cambiar gracias a un descubrimiento reciente.
El material promete revolucionar cómo enfriamos los dispositivos
Este avance en ciencia de materiales tiene el potencial de transformar por completo el diseño de sistemas de refrigeración. Al implementar este metal en disipadores de calor o interfaces térmicas, se podría evacuar la energía calorífica de los chips con mucha más eficiencia. Esto permitiría que los componentes funcionen a temperaturas más bajas y estables, incluso bajo cargas de trabajo intensas. La industria podría así sortear la barrera térmica que actualmente limita incrementar el rendimiento.
Las implicaciones técnicas van más allá de los ordenadores
La aplicación de este material no se limita a enfriar CPUs y GPUs. Cualquier dispositivo electrónico que genere calor, como servidores, equipos de telecomunicaciones o sistemas de potencia en vehículos eléctricos, podría beneficiarse. Un mejor manejo del calor permite diseñar circuitos más compactos y potentes, ya que se reduce el espacio necesario para la refrigeración. Esto facilita innovar en el empaquetado de componentes y en la arquitectura de los sistemas.
Material metálico desarrollado por equipo liderado por UCLA redefine los límites de disipación térmica en hardware de IA.
Metal ultraconductor térmico, récord histórico.Calor bajo control en chips y centros de datos.Menos energía para refrigeración, más eficiencia global.Materiales avanzados para la era de la IA.Puente entre física cuántica y sostenibilidad aplicada.
Un material metálico con conductividad térmica récord
Un equipo internacional liderado por la Universidad de California en Los Ángeles ha identificado un material metálico con la mayor conductividad térmica jamás medida en su categoría, un hallazgo que reabre el debate sobre los límites físicos del transporte de calor en metales. El estudio, publicado en la revista Science, describe cómo la fase theta del nitruro de tantalio logra disipar calor a una velocidad que hasta ahora parecía reservada a materiales exóticos o semiconductores avanzados.
La conductividad térmica es la capacidad de un material para transportar calor de un punto a otro. En el mundo real, eso se traduce en algo muy concreto: cuánto puede “respirar” un chip antes de que el sobrecalentamiento lo obligue a bajar su rendimiento o incluso a apagarse. Hoy, el cobre sigue siendo el rey de los disipadores térmicos, con valores en torno a los 400 W/m·K, y representa cerca del 30 % del mercado global de materiales para gestión térmica en electrónica y sistemas industriales.
El nuevo material da un salto inesperado. Las mediciones sitúan al nitruro de tantalio en fase theta alrededor de los 1.100 W/m·K, casi tres veces más eficiente que el cobre o la plata. Una cifra que no solo rompe récords, sino que cambia la conversación sobre cómo se diseñan los sistemas electrónicos del futuro.
“Las tecnologías basadas en inteligencia artificial están empujando los metales tradicionales hasta su límite térmico”, explica Yongjie Hu, profesor de ingeniería mecánica y aeroespacial en UCLA. Los grandes modelos de IA, los aceleradores gráficos y los servidores de alto rendimiento concentran cada vez más potencia en espacios cada vez más pequeños. Eso significa más calor por centímetro cuadrado y una factura energética creciente para mantener todo dentro de márgenes seguros.
Durante más de un siglo, la física de materiales asumió que la interacción entre electrones y fonones —las vibraciones del entramado atómico— marcaba un límite difícil de romper en los metales. El equipo de UCLA encontró la forma de superarlo. La estructura atómica del material, donde los átomos de tantalio se organizan en un patrón hexagonal con nitrógeno intercalado, parece debilitar de forma extrema la fricción térmica interna. En términos simples: el calor fluye sin tantos “choques” en su camino.
Para demostrarlo, los investigadores combinaron dispersión de rayos X en sincrotrón y espectroscopía óptica ultrarrápida, técnicas que permiten observar cómo se mueve la energía térmica en escalas de tiempo de apenas picosegundos. Lo que vieron fue un transporte de calor sorprendentemente limpio, casi elegante. Sin el ruido habitual de las interacciones electrón-átomo que frenan a otros metales
Una secuencia que muestra cómo la energía térmica, transportada por electrones, se propaga a través del nitruro de tantalio en fase theta después de que el material metálico es golpeado por un pulso de luz, de 0,1 a 10 picosegundos.
Este avance no se queda en los laboratorios. La gestión térmica es uno de los grandes cuellos de botella de la transición digital. Los centros de datos, por ejemplo, ya consumen alrededor del 1 % al 2 % de la electricidad mundial, y una parte significativa se va solo en refrigeración. En la industria aeroespacial, los sistemas electrónicos de alta densidad luchan contra temperaturas extremas sin margen para fallos. Incluso las plataformas cuánticas emergentes, con su delicado equilibrio térmico, podrían beneficiarse de materiales que conduzcan el calor con precisión quirúrgica.
En 2018, Yongjie Hu con su grupo de trabajo sorprendió al mundo con el descubrimiento experimental del arseniuro de boro, un semiconductor con propiedades térmicas excepcionales. Desde entonces, han trabajado en interfaces térmicas avanzadas y en la integración de estos materiales en dispositivos de nitruro de galio, abriendo la puerta a chips más potentes y menos dependientes de sistemas de refrigeración voluminosos.
El proyecto ha sido una colaboración internacional que incluye al Laboratorio Nacional Argonne, el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley, la Universidad de Tohoku en Japón y el Instituto de Investigación de Materiales de la UC Irvine, con apoyo del Departamento de Energía de Estados Unidos y la National Science Foundation. Un esfuerzo que refleja algo cada vez más común en la ciencia de materiales: los grandes avances nacen de redes, no de laboratorios aislados.
Potencial
Este tipo de materiales abre una puerta interesante: electrónica más potente sin disparar el consumo energético asociado a la refrigeración. En términos prácticos, podría permitir centros de datos más compactos, con menor huella física y energética, algo clave en ciudades que buscan reducir su impacto ambiental.
A medio plazo, la integración de estos metales en vehículos eléctricos, sistemas de energía renovable y electrónica de potencia podría mejorar la fiabilidad de inversores y controladores, componentes que suelen fallar por estrés térmico. Menos fallos significa más vida útil. Y más vida útil, menos residuos electrónicos.
Es un paso más que une materiales avanzados, eficiencia energética y diseño responsable. Un recordatorio de que, a veces, la transición ecológica no solo pasa por generar energía limpia, sino por gestionar mejor el calor que ya producimos. Y ahí, en ese detalle, se juega una parte del futuro sostenible.
Más información: Metallic θ-phase tantalum nitride has a thermal conductivity triple that of copper | Science
¿Cuáles son los 5 mejores conductores de calor?
Algunos de los metales considerados mejores conductores del calor son el cobre, el aluminio, la plata, el oro, el grafito, el platino, etc. Dado que la plata actúa como un reflector brillante, es uno de los mejores metales para transmitir el calor. Por ello, la plata se puede encontrar en muchos productos, como circuitos impresos y baterías
¿Qué metal conduce el calor más rápido?
Después de la plata, el cobre es uno de los mejores conductores de calor, con la segunda conductividad térmica más alta. El cobre absorbe el calor rápidamente y lo retiene durante más tiempo que otros metales. Además, es un metal resistente a la oxidación y la corrosión, que puede utilizarse en diversos electrodomésticos.
