東京科學大學的研究團隊成功利用雷射製作出可自由操控熱流的細結構。加工速度較既往方法提升了1000倍。該技術有望應用於利用溫差發電的器件、提升感測器的靈敏度以及量子電脳核心部件設計等領域。該成果為東京科學大學與東京大學合作取得，相關內容已發表在學術期刊《Advanced Functional Materials》上。
固體中的熱量通過一種名為「聲子」的虛擬粒子遷移傳遞，聲子會遵循特定的物理規律擴散。若在材料中設置類似防波堤的障礙物，即可阻礙聲子移動，使熱量難以傳遞。這樣就可以實現隔熱或控制熱擴散的方向。這種人工構建的障礙物被稱為「聲子奈米結構」，通過在材料中蝕刻無數微小孔洞或溝槽製成。
東京科學大學等組成的研究團隊利用被稱為「飛秒雷射」（飛秒為千萬億分之一秒）的照射時間極短的雷射開發出了形成聲子奈米結構的方法。研究人員先向矽基板照射雷射，刻出等間距的溝槽，然後再進行幹法蝕刻處理，最終形成的溝槽可作為聲子奈米結構而發揮作用。
該方法的處理速度是既往「電子束光刻」技術的1000倍。設備成本也僅需數千萬日元，遠低於耗資數億日元的電子束光刻。熱導率與未加工的情況相比降低了約三成。這被認為是聲子奈米結構阻礙了聲子移動的結果。
目前，研究團隊採用近紅外光雷射製作了聲子奈米結構，而如果使用波長更短的雷射，可進一步縮小聲子奈米結構的間距，從而進一步降低熱導率。
主導該研究的東京科學大學工學院機械系的Kim Byunggi助教表示：「未來的課題是通過調整雷射參數來製作最適化的聲子奈米結構。」
聲子奈米結構可以提高利用溫差發電的「焦熱電器件」以及將電能轉換為溫差的「珀耳帖器件」的性能。它還能將熱量限制在紅外感測器的感光部位以提高靈敏度。據Kim助教介紹，已有研究者計畫將其用於維持量子電脳運算部件的極低溫環境。
原文：《日本經濟新聞》電子版、2026/2/19
翻譯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
期刊：Advanced Functional Materials
論文：Scalable Thermal Engineering via Femtosecond Laser-Direct-Written Phononic Nanostructures
DOI：10.1002/adfm.202525269
