在一项听起来像是物理学魔术表演但实际上是根本性突破的进展中，加州大学洛杉矶分校萨穆埃利工程学院的 researchers 已经证明，热量可以通过固体材料以集中的、射线状的路径在室温下被引导——这一现象以前只在低温下观察到，那时物质表现良好，不会惹那么多麻烦。

这项发表在《自然物理学》上的研究由机械与航空航天工程教授胡永杰领导，观察到了砷化硼中所谓的声子聚焦，砷化硼是一种晶体半导体，显然具有比大多数材料更好的热行为。声子——携带热量并表现出量子行为的原子振动——通常在室温下向各个方向散射，像一位礼貌但低效的主人一样均匀地传播热量。但在砷化硼中，它们以连贯的、基于波的路径传播，遵循由晶体结构决定的路线，就像光通过光纤一样。这意味着工程师可以潜在地沿着预定的纳米级路线引导热量，而不是等待热量扩散然后试图用风扇和散热器将其清除。

研究团队开发了一种纳米级温度映射技术，并观察到，虽然传统材料以单调的圆形图案传播热量，但砷化硼产生了与特定晶体方向对齐的明显射线状图案。这些图案随晶体取向可预测地变化，根据晶面产生六重、八重和四重聚焦图案。这种量子行为在微米距离内持续存在，并可延伸至数十微米——为现代电子、光子和量子设备提供了充足的空间。

“这是一项基本观察，使我们能够以新的方式思考热管理，”胡说，他也是加州大学洛杉矶分校加州纳米系统研究所的成员。“通过使热量能够在室温下以纳米级精度被引导、聚焦和重新分配，这一发现为量子热工程奠定了基础。”因为显然，我们现在有了量子热工程，它即将成为一件事。

在原子水平上控制热量的能力可能有助于解决人工智能硬件、微电子、航空航天系统和其他电子设备中的过热问题——因为，正如任何在视频通话后触摸过笔记本电脑的人所知，过热是一个真正的扫兴者。它还可能允许调整声子与电子的相互作用，潜在地推进量子信息系统和传感技术。

以前对声子聚焦的观察大多局限于绝对零度以上几度的温度，此时声子可以在不散射的情况下传播长距离。在室温下，它们通常更频繁地散射并失去相干性，导致热量通过普通扩散传播。但砷化硼经历异常弱的声子散射，使得基于波的传输在室温下得以存活。观察到的热图案与理论计算紧密匹配，证实了材料中的声子在散射前传播异常长的距离——这是波行为持续存在的关键原因。

这项工作建立在胡在2018年对砷化硼的早期发现之上，他的团队随后开发了使用砷化硼的高性能热界面和氮化镓器件用于冷却，强调了该材料在下一代半导体中的潜力。该研究的其他作者包括李曼、吴欢、秦子豪、苏传金和阮胡维，他们都是胡的H实验室的现任或前任研究生。资金来自美国能源部、国家科学基金会、国家普通医学科学研究所，以及Parag和Falguni Patel的捐赠。计算资源由加州大学洛杉矶分校数字研究与教育研究所和匹兹堡超级计算中心的Bridges 2提供。

所以，下次你的笔记本电脑过热时，记住科学正在努力解决这个问题，尽管可能以一种非常复杂的方式。