Йошиаки Накамура, профессор Университета Осаки, предложил уникальную наноструктуру и разработал методологию разработки материала, в котором теплопроводность и электрическая проводимость можно контролировать одновременно.Его исследовательская группа создала наноструктуру, в которой были сформированы ультрамалые наноточки германия (Ge) с идентичной ориентацией кристаллов в кремнии (Si). В этой структуре протекание электрического тока в Si и теплопроводности препятствовали наноточки Ge, поэтому одновременно реализовывались высокая электропроводность и низкая теплопроводность. Сделав форму и размер контролирующих факторов Ge наноточек, стало возможным управлять теплопроводностью по своему желанию.
Используя эту технику, этой группе удалось увеличить межфазное тепловое сопротивление Si / Ge в 2–3 раза по сравнению с обычными цифрами, получив самое большое в мире межфазное тепловое сопротивление Si / Ge.Результаты этого исследования показывают, что путем введения эпитаксиально выращенных сверхмалых наноточек Ge в материалы с высокой электропроводностью можно успешно управлять теплопроводностью и электричеством одновременно. Кроме того, поскольку эти результаты не ограничиваются Si, можно ожидать, что это исследование будет использовано при разработке термоэлектрических материалов, в которых также используются другие материалы, которые пользуются большим спросом для утилизации отработанного тепла на заводах и в автомобилях.
В нашем нынешнем информационном обществе отходящее тепло, выделяемое LSI (крупномасштабными интегральными схемами) в наших ПК и серверах, за последние годы значительно выросло, и разработка термоэлектрических материалов на основе Si, совместимых с LSI, стала необходимой для того, чтобы использовать это отработанное тепло в качестве термоэлектрической энергии. Это исследование показало возможное повышение эффективности преобразования отработанного тепла в электричество за счет введения наноструктур в Si, что является потенциальным прорывом в реализации термоэлектрических материалов на основе Si для использования в преобразовании отработанного тепла LSI.
Результаты этого исследования были опубликованы в Scientific Reports в понедельник 5 октября 2015 года.