Сингапурские физики впервые создали лазерный кулер для электроники

Сингапурские физики впервые создали особое устройство на базе лазера, способное охладить полупроводниковые электронные устройства на несколько десятков градусов Цельсия, что поможет инженерам справляться с нарастающим тепловыделением современной микроэлектроники, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature.

Лазерные системы охлаждения широко используются в ядерной физике и в исследованиях квантовых свойств микромира. Особые лазерные ловушки и охладители позволяют достичь температур, близких к абсолютному нулю, что практически невозможно при использовании других методов охлаждения. Несмотря на высокую развитость этой технологии, ее так и не удалось адаптировать для работы с полупроводниковой электроникой на базе кремния и арсенида галлия.

Группа физиков под руководством Цихуа Сюна (Qihua Xiong) из Технологического университета Наньян в Сингапуре разработала новую методику лазерного охлаждения, наблюдая за тем, как нанополоски из другого типа полупроводника, соединения серы и кадмия, реагировали на луч лазера.

Как объясняют ученые, при облучении лазером атомы материи, на которую направлен прибор, поглощают фотоны его излучения. При некоторых условиях часть из этих фотонов испускается обратно с более высокой частотой, на что расходуется дополнительная энергия, извлекаемая из тепловых колебаний атомов. Благодаря этому облучение лазером охлаждает материю, а не нагревает ее. Данный эффект — так называемая антистоксовая люминесценция — широко используется в системах лазерного охлаждения атомов.

Сюн и его коллеги обнаружили, что антистоксовая люминесценция возникает в полосках из сульфида кадмия со специально подобранной толщиной и структурой. Пытаясь достичь максимального охлаждения, ученые перебрали несколько вариантов лазерных излучателей, пока не остановились на обычном зеленом лазере с длиной волны в 514 нанометров.

По словам исследователей, зеленый лазер смог охладить закрученные в кольца полоски из сульфида кадмия на 40 градусов Цельсия при комнатной температуре. По мере понижения температуры материала и окружающей среды эффективность охлаждения постепенно снижается, пока она не достигает минимума при 93 градусах Цельсия ниже нуля.

Как отмечают исследователи, аналогичную методику охлаждения можно будет применять и для кремниевых микрочипов после проведения дополнительных исследований. Сюн и его коллеги полагают, что подобные лазерные "кулеры" можно будет встраивать в миниатюрные электронные приборы, благодаря небольшому расходу энергии и компактности современных лазеров.

Источник: РИА Новости