Professor Junichiro Shiomi et al. van de Universiteit van Tokio gericht op het verminderen van de thermische geleidbaarheid van halfgeleidermaterialen door de interne nanostructuur te verminderen. De onderzoekers hebben met succes de thermische geleidbaarheid geminimaliseerd door te ontwerpen, het fabriceren en evalueren van de optimale nanostructuur-meerlaagse materialen door middel van materiaalinformatica (MI), die machine learning en moleculaire simulatie combineert. in 2017, deze onderzoeksgroep ontwikkelde op basis van computationele wetenschap een methode om een ​​optimale structuur te ontwerpen die thermische geleidbaarheid minimaliseert of maximaliseert via MI. Echter, het was niet experimenteel aangetoond, en voorbereiding van structuren op nanoschaal en realisatie van een optimale structuur op basis van eigenschapsmetingen waren gewenst.

Dus, de onderzoeksgroep gebruikte een filmdepositiemethode die kan reguleren, op moleculair niveau, een superroosterstructuur waarin twee materialen afwisselend lagen van enkele nanometers dik, en een meetmethode die de thermische geleidbaarheid van een film op nanoschaal zou kunnen beoordelen, en realiseerde de optimale aperiodische superroosterstructuur die de thermische geleidbaarheid minimaliseert. Met de optimale structuur, golfinterferentie van de roostertrilling (fonon) die warmte geleidt, werd gemaximaliseerd, en thermische geleidbaarheid was sterk gereguleerd.

In de huidige studie, met behulp van de halfgeleiderroosterstructuur als model, de onderzoeksgroep verifieerde het nut van de MI-methode in het ontwerp, fabricage, beoordeling, en mechanisme voor regulering van thermische geleidbaarheid. In de toekomst, toepassing van de MI-methode op verschillende materiaalsystemen wordt verwacht. Er werd ook aangetoond dat optimalisatie van de aperiodische structuur de thermische geleidbaarheid kan reguleren door de golfeigenschap van een fonon bij bijna kamertemperatuur volledig te beheersen. Dit zal naar verwachting bijdragen aan ontwikkelingen in fonon-engineering, bijvoorbeeld in apparaten voor thermo-elektrische conversie, optische sensoren, en gassensoren, waar lage thermische geleidbaarheid nodig is met behoud van elektrische geleidbaarheid en mechanische eigenschappen.