La mejora de los materiales termoeléctricos que pueden convertir directamente el calor desperdiciado en energía eléctrica puede conducir a una de las soluciones para los problemas energéticos. Para un alto rendimiento en materiales termoeléctricos, se requiere para conducir la electricidad fácilmente mientras dificulta el paso del calor. A saber, se necesitan alta conductividad eléctrica y baja conductividad térmica. Sin embargo, ha sido muy difícil durante mucho tiempo porque ambas conductividades están correlacionadas. Ahora, Se esperaba una nanoestructuración para el control independiente de ambas conducciones, pero su metodología por nanoestructuración aún no estaba clara.

Yoshiaki Nakamura, El profesor de la Universidad de Osaka propuso una nanoestructura única (Fig. 1) y estableció una metodología para el desarrollo de un material en el que las conducciones de calor y electricidad se pueden controlar simultáneamente.

Su grupo de investigación creó una nanoestructura en la que se formaron nanopuntos de germanio (Ge) ultrapequeños con orientaciones de cristal idénticas en silicio (Si). En esta estructura, La corriente eléctrica fluye en Si y la conducción térmica fue evitada por nanodots Ge, por lo tanto, Se realizaron simultáneamente alta conductividad eléctrica y baja conductividad térmica. Al hacer que la forma y la dimensión de los factores de control de nanopuntos Ge, se ha hecho posible controlar la conductividad térmica a voluntad. Usando esta técnica, este grupo logró aumentar la resistencia térmica interfacial Si / Ge de 2 a 3 veces más que las cifras convencionales, obteniendo la mayor resistencia térmica interfacial Si / Ge del mundo.

Los resultados de esta investigación muestran que al introducir nanopuntos Ge ultrapequeños cultivados epitaxialmente en materiales con alta conductividad eléctrica, la conducción de calor y electricidad se puede controlar con éxito de forma simultánea. Además, porque estos resultados no se limitan a Si, se puede anticipar que esta investigación se empleará en el desarrollo de materiales termoeléctricos que también utilizan otros materiales, que tienen una gran demanda para la utilización del calor residual en fábricas y automóviles.

En nuestra actual sociedad de la información, el calor residual emitido por los LSI (circuitos integrados a gran escala) en nuestras PC y servidores ha crecido enormemente a lo largo de los años, y el desarrollo de materiales termoeléctricos a base de Si compatibles con LSI se ha hecho necesario para utilizar este calor residual como energía termoeléctrica. Esta investigación ha mostrado una posible mejora de la eficiencia de esta conversión de calor residual en electricidad mediante la introducción de nanoestructuras a Si, un avance potencial en la realización de materiales termoeléctricos a base de Si para su uso en la conversión de calor residual LSI.