اكتشف فريق بحثي من مركز iMAT لأبحاث المواد المتكاملة في Aarhus University أن المادة البلورية AgGaGe₃Se₈ تتمتع بخاصية موصلية حرارية منخفضة بشكل استثنائي. تُظهر هذه المادة في نقل الحرارة خصائص مشابهة للزجاج، مما يجعلها واحدة من أقل المواد الصلبة البلورية موصلية حرارية معروفة حتى الآن.

تُظهر البيانات أن موصلية AgGaGe₃Se₈ الحرارية في درجة حرارة الغرفة تبلغ 0.2 واط/متر-كلفن فقط، أي حوالي ثلث موصلية الماء، وخُمس موصلية زجاج الكوارتز النموذجي. تتكون هذه المادة البلورية من الفضة والغاليوم والجرمانيوم والسيلينيوم، وكانت تُدرس سابقاً بشكل رئيسي بسبب خصائصها البصرية، وهذه هي المرة الأولى التي يتم فيها قياس أدائها في نقل الحرارة بشكل منهجي.

من خلال تحليل بيانات تشتت الأشعة السينية المتزامنة من منشأة Spring-8 في اليابان، وجد الباحثون أن السلوك الخاص لذرات الفضة داخل المادة هو العامل الرئيسي وراء انخفاض الموصلية الحرارية. قال باحثو Aarhus University: "ذرات الفضة ليست مثبتة داخل الشبكة البلورية، بل تكون مرتبطة بشكل فضفاض وتتحرك بلا نظام." هذا الهيكل غير المنتظم على المستوى الذري يعيق انتشار الفونونات بشكل طبيعي، مما يقلل بشكل كبير من كفاءة نقل الحرارة.

تظل خاصية نقل الحرارة الشبيهة بالزجاج مستقرة في نطاق درجات حرارة واسع من 2 إلى 700 كلفن (-271 مئوية إلى 400 مئوية)، وهو أمر نادر جداً في المواد البلورية. على الرغم من أن هذه المادة حالياً غير قابلة للتطبيق المباشر بسبب ضعف موصليتها الكهربائية واحتوائها على عنصر الجرمانيوم باهظ التكلفة، إلا أن هذا البحث يوفر مرجعاً مهماً لتصميم المواد.

نُشرت نتائج البحث في مجلة Science Advances. يحمل هذا الاكتشاف أهمية توجيهية في مجالات تقنيات الطاقة مثل التحويل الحراري الكهربائي والطلاءات الحاجزة للحرارة، ويوفر أساساً نظرياً لتطوير مواد إدارة حرارية جديدة. أشار الباحثون إلى أن فهم تأثير الخصائص الهيكلية المحددة على نقل الحرارة سيساعد في تصميم مواد وظيفية جديدة ذات خصائص موصلية حرارية مخصصة.