Förbättringen av termoelektriska material som direkt kan omvandla spillvärme till elektrisk energi kan leda till en av lösningarna för energifrågor. För hög prestanda i termoelektriska material, det krävs för att enkelt leda elektricitet samtidigt som det gör det svårt för värme att passera igenom. Nämligen, hög elektrisk konduktivitet och låg värmeledningsförmåga behövs. Dock, det har varit mycket svårt länge eftersom båda konduktiviteterna är korrelerade. Nu, nanostrukturering förväntades för oberoende kontroll av båda ledningarna, men dess metodik genom nanostrukturering var fortfarande oklar.

Yoshiaki Nakamura, Professor vid Osaka University föreslog en unik nanostruktur (fig. 1) och upprättade en metod för utveckling av ett material där värme- och elledningar kan styras samtidigt.

Hans forskargrupp skapade en nanostruktur där ultralätta germanium (Ge) nanodots bildades med identiska kristallorienteringar i kisel (Si). I denna struktur, elektriska strömflöden i Si och värmeledning förhindrades av Ge nanodots, därför, hög elektrisk konduktivitet och låg värmeledningsförmåga realiserades samtidigt. Genom att göra formen och dimensionen av Ge nanodots kontrollfaktorer, det har blivit möjligt att styra värmeledningsförmågan efter behag. Med denna teknik, denna grupp lyckades öka Si/Ge -gränsytans termiska motstånd med 2 till 3 gånger av konventionella figurer, få världens största Si/Ge -gränssnittsvärmebeständighet.

Resultaten av denna forskning visar att genom att införa epitaxiellt odlade ultraljudsgenanodoter i material med hög elektrisk konduktivitet, ledningen av värme och elektricitet kan framgångsrikt styras samtidigt. Dessutom, eftersom dessa resultat inte är begränsade till Si, man kan förutse att denna forskning kommer att användas vid utveckling av termoelektriska material som också använder andra material, som är mycket efterfrågade för spillvärmeutnyttjande i fabriker och bilar.

I vårt nuvarande informationssamhälle, spillvärmen som avges av LSI (storskaliga integrerade kretsar) i våra datorer och servrar har ökat massivt under åren, och utvecklingen av Si-baserade termoelektriska material som är kompatibla med LSI har blivit nödvändig för att kunna använda denna spillvärme som termoelektrisk kraft. Denna forskning har visat en möjlig förbättring av effektiviteten vid denna omvandling av spillvärme till el genom att introducera nanostrukturer till Si, ett potentiellt genombrott i realiseringen av Si-baserade termoelektriska material för användning vid LSI-spillvärmeomvandling.