Tänk om telefoner aldrig blev varma, oavsett hur många appar som kördes. Föreställ dig en framtid där superdatorer använder mindre energi, elbilar laddas snabbare och livräddande medicinsk utrustning håller sig svalare och håller längre.
I en studie som publicerades i Nature Materials avslöjade ett team av ingenjörer vid University of Virginia och deras medarbetare ett radikalt nytt sätt att flytta värme, snabbare än någonsin tidigare. Med hjälp av en speciell typ av kristall som kallas hexagonal bornitrid (hBN) hittade de ett sätt att flytta värme som en ljusstråle och kringgå de vanliga flaskhalsarna som gör att elektronik överhettas.
”Vi tänker om när det gäller hur vi hanterar värme”, säger Patrick Hopkins, professor i maskin- och rymdteknik och Whitney Stone Professor of Engineering vid UVA. ”I stället för att låta den långsamt sippra bort riktar vi den.”
Överhettningsproblemet och en ny lösning
Varje del av modern teknik, från smartphones till datacenter, kämpar mot samma problem: värmeutveckling. Enheter genererar värme när de arbetar, och om de inte kan kylas ned tillräckligt snabbt blir de långsammare, tappar effektivitet eller går till och med sönder. För närvarande förlitar sig kylsystemen på kylflänsar i metall, fläktar och vätskekylning, men dessa metoder tar upp utrymme och använder extra ström.
Den här nya forskningen erbjuder ett alternativ som förändrar spelplanen. Istället för att förlita sig på långsamma värmevibrationer som kallas fononer, använde teamet hyperboliska fonon-polaritoner (HPhPs) – speciella vågor som kan bära värme i extraordinära hastigheter.
Experimentella detaljer och spektral-temporal respons av HPhP-lägen i hBN. Kredit: Nature Materials (2025). DOI: 10.1038/s41563-025-02154-5
Så fungerar det
Vanligtvis sprider sig värme i elektronik som ringar på vattnet i en damm – den försvinner utåt men förlorar energi på vägen. I teamets metod omvandlas däremot värme till tätt kanaliserade vågor som färdas effektivt över långa avstånd, mer som ett höghastighetståg som rusar fram längs ett spår.
Forskarna uppnådde detta genom att värma upp en liten guldplatta som satt på hBN. Istället för att värmen bara spreds långsamt, stimulerade den hBN:s unika egenskaper och omvandlade energin till snabba polaritoniska vågor som omedelbart förde bort värmen över och bort från gränssnittet mellan guldet och hBN.
”Den här metoden är otroligt snabb”, säger Will Hutchins, försteförfattare till studien och doktorand i maskin- och rymdteknik vid UVA. ”Vi ser hur värme rör sig på sätt som vi inte trodde var möjliga i fasta material. Det är ett helt nytt sätt att kontrollera temperaturen på nanoskalan.”
Den här upptäckten kan revolutionera kylningen i högpresterande elektronik, vilket möjliggör snabbare och kraftfullare enheter som inte överhettas.
Även om processen fortfarande är ny kan den få enorma effekter:
- Snabbare och mer effektiva smartphones och bärbara datorer – Enheter som inte överhettas kan köras snabbare utan att batteritiden tar slut.
- Bättre elbilar– Batterier som håller sig svala laddas snabbare och håller längre.
- Kraftfullare AI och datacenter – Cloud computing och AI-verktyg kan arbeta hårdare samtidigt som de använder mindre energi.
- Avancerad medicinsk teknik – mer exakta och långlivade implantat och bilddiagnostik.
”Den här upptäckten kan förändra hur vi designar allt från processorer till rymdfarkoster”, säger Hopkins.
Dagarna med varma, långsamma och strömhungriga enheter kan vara räknade. Med det här nya genombrottet har teknikens framtid just blivit mycket svalare.
För mer information: William Hutchins et al, Ultrafast evanescent heat transfer across solid interfaces via hyperbolic phonon-polariton modes in hexagonal boron nitride, Nature Materials (2025). DOI: 10.1038/s41563-025-02154-5
