Тридцать нанометров — дистанция, на которой спринтер-фонон ещё не успевает разогнаться. В тонких плёнках нитрида алюминия тепловое сопротивление остаётся почти неизменным до этой толщины: перенос тепла идёт в баллистическом режиме, где фононы (кванты колебаний кристаллической решётки) летят без столкновений. Дальше начинается диффузия — частые столкновения, рост сопротивления с толщиной. Эксперимент на серии плёнок от 1,6 до 2440 нм, выращенных на сапфире, впервые показал этот переход так чётко.

Средняя групповая скорость фононов в баллистическом режиме — 1818 м/с против ~7000 м/с в объёмном материале. Время жизни оптических фононов при переходе к диффузии возрастает на порядок и далее почти не меняется от 119 до 2440 нм. Расчёты накопления теплопроводности по длинам свободного пробега показывают, что вклад фононов с пробегом менее 30 нм пренебрежимо мал. Это объясняет, почему сопротивление не растёт на малых толщинах.

До этой работы было неясно, при какой толщине плёнки AlN теплоперенос переходит от баллистического к диффузионному и какую роль играют дефекты и границы. Теперь установлено: до 30 нм сопротивление постоянно, а далее растёт с толщиной. В баллистическом режиме фононы имеют малые скорости и времена жизни, а оптические фононы «оживают» на порядок при переходе к диффузии. Добыто это систематическим сравнением серии плёнок разной толщины, измеренных одним методом термоотражения, с расчётами и микроструктурой.

Практическая польза прямая: можно выбирать толщину AlN в теплоотводящих слоях так, чтобы оставаться в баллистическом режиме с минимальным тепловым сопротивлением. Это важно для нитрид-галлиевых транзисторов, ультрафиолетовых светодиодов и мощных радиочастотных устройств, где AlN служит буфером или подложкой. Следующий шаг — измерить теплопроводность AlN на других подложках и с разной плотностью дефектов, а также прямо сравнить с первопринципными расчётами для конкретных микроструктур. Остаётся открытым вопрос о предельном баллистическом сопротивлении и точной роли интерфейсных дефектов.