ثلاثون نانومترًا هي المسافة التي لا يزال فيها العدّاء الفونوني غير قادر على التسارع. في الأغشية الرقيقة من نيتريد الألومنيوم، تبقى المقاومة الحرارية شبه ثابتة حتى هذه السماكة: يحدث نقل الحرارة في النظام الباليستي، حيث تطير الفونونات (كمات اهتزازات الشبكة البلورية) دون تصادمات. بعد ذلك يبدأ الانتشار — تصادمات متكررة وزيادة في المقاومة مع السماكة. أظهرت تجربة على سلسلة من الأغشية من 1.6 إلى 2440 نانومتر المزروعة على الياقوت هذا التحول بوضوح لأول مرة.
متوسط السرعة الجماعية للفونونات في النظام الباليستي هو 1818 م/ث مقابل ~7000 م/ث في المادة الصلبة. يزداد عمر الفونونات البصرية عند الانتقال إلى الانتشار بمقدار عشرة أضعاف، ثم لا يتغير تقريبًا من 119 إلى 2440 نانومتر. تُظهر حسابات تراكم الموصلية الحرارية على أطوال المسار الحر أن مساهمة الفونونات ذات المسار الأقل من 30 نانومتر لا تذكر. وهذا يفسر لماذا لا تزداد المقاومة عند السماكات الصغيرة.
قبل هذا العمل، لم يكن واضحًا عند أي سمك لغشاء AlN ينتقل نقل الحرارة من الباليستي إلى الانتشار، وما هو دور العيوب والحدود. الآن ثبت: حتى 30 نانومتر تكون المقاومة ثابتة، وبعد ذلك تزداد مع السماكة. في النظام الباليستي، تكون للفونونات سرعات وأعمار صغيرة، بينما "تنشط" الفونونات البصرية بمقدار عشرة أضعاف عند الانتقال إلى الانتشار. تم التوصل إلى ذلك من خلال مقارنة منهجية لسلسلة من الأغشية ذات السماكات المختلفة، مقاسة بنفس طريقة الانعكاس الحراري، مع الحسابات والبنية المجهرية.
الفائدة العملية مباشرة: يمكن اختيار سماكة AlN في طبقات تبديد الحرارة بحيث تبقى في النظام الباليستي مع أقل مقاومة حرارية. هذا مهم لترانزستورات نيتريد الغاليوم، والثنائيات الباعثة للضوء فوق البنفسجي، وأجهزة الترددات الراديوية عالية الطاقة، حيث يعمل AlN كطبقة عازلة أو ركيزة. الخطوة التالية هي قياس الموصلية الحرارية لـ AlN على ركائز أخرى وبكثافات عيوب مختلفة، وكذلك مقارنتها مباشرة بالحسابات من المبادئ الأولى لبنى مجهرية محددة. يبقى السؤال مفتوحًا حول المقاومة الباليستية القصوى والدور الدقيق للعيوب البينية.
السمك 30 نانومترًا، الذي يحدث عنده الانتقال، أصغر بحوالي 100 مرة من متوسط المسار الحر للفونونات في AlN السائب (~3 ميكرومتر). هذا كما لو أن عداءًا سريعًا يركض مسافة أقصر بمئة مرة من مسافة التسارع المعتادة.