作者:詹姆斯·厄顿，华盛顿大学 华盛顿大学的研究人员使用红外激光将固体半导体材料——这里标记为“悬臂”——冷却到室温以下至少20摄氏度或36华氏度
信用:阿努普姆裤 对普通大众来说，激光加热物体
总的来说，这是正确的
但是激光也显示出有希望做完全相反的事情——冷却材料
能够冷却材料的激光可以彻底改变从生物成像到量子通信的领域
2015年，华盛顿大学的研究人员宣布，他们可以使用激光将水和其他液体冷却到室温以下
现在，同一个团队使用了类似的方法来制冷完全不同的东西:固体半导体
该团队在6月23日发表在《自然通讯》上的一篇论文中指出，他们可以使用红外激光将固体半导体冷却到室温以下至少20摄氏度或36华氏度
这个装置是一个悬臂——类似于跳水板
就像跳水板一样，游泳者跳入水中后，悬臂会以特定的频率振动
但是这个悬臂不需要潜水员来振动
它可以在室温下响应热能或热能而振荡
像这样的设备可以制造理想的光学机械传感器，在那里它们的振动可以被激光探测到
但是激光也会加热悬臂，从而降低其性能
“从历史上看，纳米器件的激光加热是一个被掩盖的主要问题，”资深作者彼得·波扎斯基说，他是UW材料科学与工程教授，也是太平洋西北国家实验室的高级科学家
“我们使用红外光来冷却谐振器，这样可以减少系统中的干扰或‘噪声’
这种固态制冷方法可以显著提高光机谐振器的灵敏度，拓宽其在消费电子、激光和科学仪器中的应用，并为光子电路等新应用铺平道路
" 该团队是第一个展示“纳米级传感器的固态激光制冷”的团队，保罗斯基补充道，他也是UW分子工程与科学研究所和UW纳米工程系统研究所的教员
由于谐振器性能的改善和用于冷却谐振器的方法，结果具有广泛的潜在应用
半导体谐振器的振动使得它们可以用作机械传感器，检测各种电子设备中的加速度、质量、温度和其他属性，例如检测智能手机方向的加速度计
减少干扰可以提高这些传感器的性能
此外，与试图冷却整个传感器相比，使用激光来冷却谐振器是更有针对性的提高传感器性能的方法
在他们的实验装置中，硫化镉的微小条带或纳米带从一块硅上延伸出来，在室温下会自然发生热振荡
这个团队的实验装置的图像，是用亮场显微镜拍摄的
标有“硅”的硅平台在图像底部以白色显示
硫化镉的纳米带被标记为“cd信噪比”
在它的顶端是陶瓷晶体，标有“镱:YLF”
“比例尺是20微米
信用:潘特等人
2020，《自然通讯》 在这块跳水板的末端，研究小组放置了一个微小的陶瓷晶体，其中含有一种特殊的杂质镱离子
当研究小组将红外激光束聚焦在晶体上时，杂质从晶体中吸收了少量能量，使晶体在波长比激发它的激光颜色更短的光中发光
这种“蓝移辉光”效应冷却了陶瓷晶体及其附着的半导体纳米带
“这些晶体是用特定浓度的镱精心合成的，以最大限度地提高冷却效率，”合著者、UW分子工程博士生夏晓静说
研究人员使用两种方法来测量激光对半导体的冷却程度
首先，他们观察到纳米带振荡频率的变化
“冷却后，纳米带变得更硬更脆——更耐弯曲和压缩
结果，它以更高的频率振荡，这证实了激光已经冷却了谐振器，”波扎斯基说
研究小组还观察到，随着激光功率的增加，晶体发出的光平均转移到更长的波长，这也表明冷却
使用这两种方法，研究人员计算出谐振器的温度比室温下降了20摄氏度
制冷效应持续时间不到1毫秒，只要激发激光开启，制冷效应就会持续
“在未来的几年里，我将热切地期待看到我们的激光冷却技术被各个领域的科学家采用，以提高量子传感器的性能，”主要作者阿努普姆·潘特说，他是UW材料科学与工程的博士生
研究人员表示，这种方法还有其他潜在的应用
它可以形成高精度科学仪器的心脏，利用谐振器振荡的变化来精确测量物体的质量，比如一个病毒粒子
冷却固体部件的激光也可以用于开发冷却系统，防止电子系统中的关键部件过热
来源：由phyica.com整理转载自PH，转载请保留出处和链接！
