Trente nanomètres, c'est la distance sur laquelle un phonon sprinteur n'a pas encore le temps de prendre de l'élan. Dans les films minces de nitrure d'aluminium, la résistance thermique reste presque inchangée jusqu'à cette épaisseur : le transfert de chaleur se fait en régime balistique, où les phonons (quanta de vibrations du réseau cristallin) volent sans collision. Ensuite commence la diffusion, avec des collisions fréquentes et une résistance qui augmente avec l'épaisseur. L'expérience sur une série de films allant de 1,6 à 2440 nm, déposés sur saphir, a pour la première fois montré cette transition avec une telle netteté.

La vitesse de groupe moyenne des phonons en régime balistique est de 1818 m/s, contre environ 7000 m/s dans le matériau massif. Le temps de vie des phonons optiques, lors de la transition vers la diffusion, augmente d'un ordre de grandeur puis reste presque constant de 119 à 2440 nm. Les calculs d'accumulation de conductivité thermique en fonction des libres parcours montrent que la contribution des phonons avec un parcours inférieur à 30 nm est négligeable. Cela explique pourquoi la résistance n'augmente pas aux faibles épaisseurs.

Avant ces travaux, on ignorait à quelle épaisseur de film d'AlN le transfert de chaleur passait du régime balistique au régime diffusif, et quel rôle jouaient les défauts et les interfaces. Désormais, on sait que jusqu'à 30 nm, la résistance est constante, puis elle augmente avec l'épaisseur. En régime balistique, les phonons ont de faibles vitesses et de courts temps de vie, tandis que les phonons optiques « s'animent » d'un ordre de grandeur lors de la transition vers la diffusion. Ce résultat a été obtenu par comparaison systématique d'une série de films de différentes épaisseurs, mesurés par la même méthode de thermo-réflectance, avec des calculs et la microstructure.

L'utilité pratique est directe : on peut choisir l'épaisseur d'AlN dans les couches de dissipation thermique pour rester en régime balistique avec une résistance thermique minimale. C'est important pour les transistors à base de nitrure de gallium, les LED ultraviolettes et les dispositifs radiofréquences de forte puissance, où l'AlN sert de tampon ou de substrat. La prochaine étape consiste à mesurer la conductivité thermique de l'AlN sur d'autres substrats et avec différentes densités de défauts, ainsi qu'à comparer directement avec des calculs ab initio pour des microstructures spécifiques. Reste ouverte la question de la résistance balistique limite et du rôle précis des défauts d'interface.