日本的科学家们通过飞秒激光这项技术，在热工程纳米结构方面取得了重大突破。他们发现这种激光可以在固体薄膜表面形成周期性的纳米级沟槽，从而有效控制材料的热导率。与传统方法相比，这种高速激光烧蚀方式效率极高，是前者的1000倍，能够大幅度改变材料内的声子散射状态。东京科学研究所机械工程系的金炳基助理教授和伏信信教授，同东京大学工业科学研究所的野村雅宏教授合作，成功研发出一种全新的纳米结构制造技术。他们把这种技术发表在《先进功能材料》期刊上，证明其不仅能保持实验室级的高精度，还具备工业级的高产量。研究团队利用高功率高速激光在硅/二氧化硅薄膜上刻出平行沟槽，通过干刻蚀调节硅厚度，这种技术显著降低了材料的热导率。为了深入理解其物理原理，研究人员进行了数值模拟，确认周期性纳米结构限制了声子的平均传播距离是导致热导率变化的主要原因。这种创新的制造方法给行业带来了巨大影响，其产量是传统电子束光刻（EBL）方法的1000倍以上。“这项研究标志着基础研究成果向实际应用转化的重要一步，”金炳基说道，“我们相信这种方法将推动高性能计算、芯片内能量转换和量子设备等领域的发展。”此外，这种称为飞秒激光诱导周期性表面结构（fs-LIPSS）的技术是无掩模且无光刻胶的工艺，与CMOS兼容并能扩展至晶圆级生产。它不仅提高了制造速度，还降低了成本。“我们确立了fs-LIPSS作为多功能平台的地位，”金炳基说，“它结合了光学和电子特性的功能。”这次研究为开发高性能、节能的电子和量子设备开辟了新的道路。