东京科学大学的研究团队成功利用激光制作出可自由操控热流的微细结构。加工速度较既往方法提升了1000倍。该技术有望应用于利用温差发电的器件、提升传感器的灵敏度以及量子计算机核心部件设计等领域。该成果为东京科学大学与东京大学合作取得，相关内容已发表在学术期刊《Advanced Functional Materials》上。
固体中的热量通过一种名为“声子”的虚拟粒子迁移传递，声子会遵循特定的物理规律扩散。若在材料中设置类似防波堤的障碍物，即可阻碍声子移动，使热量难以传递。这样就可以实现隔热或控制热扩散的方向。这种人工构建的障碍物被称为“声子纳米结构”，通过在材料中刻蚀无数微小孔洞或沟槽制成。
东京科学大学等组成的研究团队利用被称为“飞秒激光”（飞秒为千万亿分之一秒）的照射时间极短的激光开发出了形成声子纳米结构的方法。研究人员先向硅基板照射激光，刻出等间距的沟槽，然后再进行干法蚀刻处理，最终形成的沟槽可作为声子纳米结构而发挥作用。
该方法的处理速度是既往“电子束光刻”技术的1000倍。设备成本也仅需数千万日元，远低于耗资数亿日元的电子束光刻。热导率与未加工的情况相比降低了约三成。这被认为是声子纳米结构阻碍了声子移动的结果。
目前，研究团队采用近红外激光制作了声子纳米结构，而如果使用波长更短的激光，可进一步缩小声子纳米结构的间距，从而进一步降低热导率。
主导该研究的东京科学大学工学院机械系的Kim Byunggi助教表示：“未来的课题是通过调整激光参数来制作最优化的声子纳米结构。”
声子纳米结构可以提高利用温差发电的“热电器件”以及将电能转换为温差的“珀耳帖器件”的性能。它还能将热量限制在红外传感器的感光部位以提高灵敏度。据Kim助教介绍，已有研究者计划将其用于维持量子计算机运算部件的极低温环境。
原文：《日本经济新闻》电子版、2026/2/19
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
期刊：Advanced Functional Materials
论文：Scalable Thermal Engineering via Femtosecond Laser-Direct-Written Phononic Nanostructures
DOI：10.1002/adfm.202525269
