El profesor Junichiro Shiomi et al. de la Universidad de Tokio tuvo como objetivo reducir la conductividad térmica de los materiales semiconductores mediante la reducción de la nanoestructura interna. Los investigadores minimizaron con éxito la conductividad térmica diseñando, fabricar y evaluar los materiales óptimos de nanoestructura-multicapa a través de la informática de materiales (MI), que combina el aprendizaje automático y la simulación molecular. En 2017, Este grupo de investigación desarrolló un método para diseñar una estructura óptima que minimice o maximice la conductividad térmica a través de MI basado en la ciencia computacional. Sin embargo, no había sido demostrado experimentalmente, y se deseaba la preparación de estructuras a nanoescala y la realización de una estructura óptima basada en mediciones de propiedades.

Por lo tanto, el grupo de investigación utilizó un método de deposición de película capaz de regular, a nivel molecular, una estructura de superrejilla en la que dos materiales se colocaron alternativamente en capas de varios nanómetros de espesor, y un método de medición que podría evaluar la conductividad térmica de una película a nanoescala, y se dio cuenta de la estructura de superrejilla aperiódica óptima que minimiza la conductividad térmica. Con la estructura óptima, se maximizó la interferencia de onda de la vibración reticular (fonón) que conduce el calor, y la conductividad térmica estaba fuertemente regulada.

En el presente estudio, utilizando la estructura de celosía de semiconductores como modelo, el grupo de investigación verificó la utilidad del método MI en el diseño, fabricación, evaluación, y mecanismo de regulación de la conductividad térmica. En el futuro, Se prevé la aplicación del método MI a varios sistemas de materiales. También se demostró que la optimización de la estructura aperiódica puede regular la conductividad térmica controlando completamente la propiedad de onda de un fonón a casi temperatura ambiente. Se espera que esto contribuya al desarrollo de la ingeniería fonética, por ejemplo, en los dispositivos de conversión termoeléctrica, sensores ópticos, y sensores de gas, donde se necesita baja conductividad térmica mientras se mantiene la conductividad eléctrica y las propiedades mecánicas.