O aprimoramento de materiais termelétricos que podem converter diretamente o calor desperdiçado em energia elétrica pode levar a uma das soluções para as questões energéticas. Para alto desempenho em materiais termelétricos, ele é necessário para conduzir eletricidade facilmente, ao mesmo tempo que dificulta a passagem do calor. Nomeadamente, são necessárias alta condutividade elétrica e baixa condutividade térmica. Contudo, tem sido muito difícil por muito tempo porque ambas as condutividades estão correlacionadas. Agora, a nanoestruturação era esperada para o controle independente de ambas as conduções, mas sua metodologia por nanoestruturação ainda não estava clara.

Yoshiaki Nakamura, O professor da Universidade de Osaka propôs uma nanoestrutura única (Fig. 1) e estabeleceu uma metodologia para o desenvolvimento de um material no qual as conduções de calor e eletricidade podem ser controladas simultaneamente.

Seu grupo de pesquisa criou uma nanoestrutura na qual nanopontos ultrapequenos de germânio (Ge) foram formados com orientações de cristal idênticas em silício (Si). Nesta estrutura, A corrente elétrica flui em Si e a condução térmica foi impedida por nanopontos de Ge, Portanto, alta condutividade elétrica e baixa condutividade térmica foram realizadas simultaneamente. Ao criar a forma e a dimensão dos fatores de controle dos nanopontos Ge, tornou-se possível controlar a condutividade térmica à vontade. Usando esta técnica, este grupo conseguiu aumentar a resistência térmica interfacial de Si / Ge de 2 a 3 vezes em relação aos valores convencionais, ganhando a maior resistência térmica interfacial de Si / Ge do mundo.

Os resultados desta pesquisa mostram que, ao introduzir nanopontos de Ge ultra-pequenos crescidos epitaxialmente em materiais com alta condutividade elétrica, a condução de calor e eletricidade pode ser controlada simultaneamente com sucesso. Além disso, porque esses resultados não se limitam a Si, pode-se antecipar que esta pesquisa será empregada no desenvolvimento de materiais termelétricos que utilizam também outros materiais, que estão em alta demanda para a utilização de calor residual em fábricas e automóveis.

Em nossa atual sociedade da informação, o calor residual emitido pelos LSI (circuitos integrados de grande escala) em nossos PCs e servidores cresceu muito ao longo dos anos, e o desenvolvimento de materiais termoelétricos à base de Si compatíveis com LSI tornou-se necessário para utilizar esse calor residual como energia termoelétrica. Esta pesquisa mostrou uma possível melhoria da eficiência desta conversão de calor residual em eletricidade através da introdução de nanoestruturas para Si, um avanço potencial na realização de materiais termoelétricos à base de Si para uso na conversão de calor residual LSI.