激光可对半导体材料进行固态制冷

2021-12-15 07:32:00左妍明导读对于公众来说，激光激光加热物体。可对通常，半导这是体材态制正确的。但是料进冷激光也显示出相反的承诺，那就是行固冷却材料。可以冷却材料的激光激光可以彻底改变从生物成

对于公众来说，激光加热物体。可对通常，半导这是体材态制正确的。

但是料进冷激光也显示出相反的承诺，那就是行固冷却材料。可以冷却材料的激光激光可以彻底改变从生物成像到量子通信的领域。

2015年，可对华盛顿大学的半导研究人员宣布，他们可以使用激光冷却低于室温的水和其他液体。现在，同一支团队已使用类似的方法来制冷完全不同的东西：固态半导体。正如研究小组在6月23日发表在《自然通讯》上的论文中所显示的那样，他们可以使用红外激光将固态半导体冷却到比室温低至少20摄氏度或36华氏度。

该设备是悬臂，类似于跳水板。就像游泳者跳入水中后的跳水板一样，悬臂可以特定频率振动。但是这个悬臂不需要潜水员振动。它可以在室温下响应于热能或热能而振荡。这样的设备可以成为理想的光机械传感器，通过激光可以检测其振动。但是，这种激光还会加热悬臂，从而削弱其性能。

“从历史上看，纳米器件的激光加热是一个大问题，”在华盛顿大学西北大学科学学院的材料科学与工程学教授，太平洋西北实验室的资深科学家彼得·包扎斯基(Peter Pauzauskie)说。“我们正在使用红外光冷却谐振器，以减少系统中的干扰或'噪声'。这种固态制冷方法可以显着提高光机电谐振器的灵敏度，扩大其在消费电子，激光和科学仪器中的应用，并为光子电路等新应用铺平了道路。”

Pauzauskie补充说，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，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职员工。

由于谐振器性能的提高和用于冷却谐振器的方法的改进，该结果具有广泛的潜在应用价值。半导体谐振器的振动使其可用作机械传感器，用于检测各种电子设备中的加速度，质量，温度和其他属性，例如用于检测智能手机朝向的加速度计。减少干扰可以提高这些传感器的性能。此外，与尝试冷却整个传感器相比，使用激光冷却谐振器是一种更具针对性的方法，可以提高传感器性能。

在他们的实验装置中，一条微小的硫化镉带或纳米带从一块硅中伸出，并且在室温下自然会发生热振荡。

在跳水板的末端，研究小组放置了一个微小的陶瓷晶体​​，其中包含一种特定类型的杂质，离子。当研究小组将红外激光束聚焦在晶体上时，杂质从晶体吸收了少量能量，导致其发出的光的波长短于激发晶体的激光颜色。这种“蓝移辉光”效应冷却了陶瓷晶体及其所附着的半导体纳米带。

威斯康星大学分子工程专业的博士生夏晓晶说：“这​​些晶体是用特定浓度的carefully精心合成的，以最大限度地提高冷却效率。”

研究人员使用两种方法来测量激光冷却半导体的程度。首先，他们观察到纳米带振荡频率的变化。

Pauzauskie说：“冷却后，纳米带变得更硬，更脆，更不易弯曲和受压。结果，它以更高的频率振荡，这证明了激光器已经冷却了谐振器。”

研究小组还观察到，随着晶体增加激光功率，晶体发出的光平均转移到更长的波长，这也表明冷却了。

使用这两种方法，研究人员计算出谐振器的温度比室温低了20摄氏度。制冷效果只需要不到1毫秒的时间，并且只要激发激光器开启就可以持续。

威斯康星大学材料科学与工程专业的博士生Anupum Pant说：“在未来的几年中，我将渴望看到我们的激光冷却技术被各个领域的科学家所采用，以增强量子传感器的性能。”

研究人员说，该方法还有其他潜在应用。它可以利用谐振器的振荡变化来精确测量物体的质量，例如单个病毒颗粒，从而成为高精度科学仪器的心脏。冷却固体组件的激光器也可以用于开发冷却系统，以防止电子系统中的关键组件过热。