Лазерный кулер для электроники впервые создан сингапурскими физиками

Сингапурскими физиками впервые создано особое устройство на базе лазера. Оно способно охладить на несколько десятков градусов Цельсия  полупроводниковые электронные устройства. Это поможет инженерам справляться с нарастающим тепловыделением современной микроэлектроники.

В исследованиях квантовых свойств микромира и в ядерной физике широко используются лазерные системы охлаждения. Существуют особые лазерные охладители и ловушки благодаря которым достигаются температуры, близкие к абсолютному нулю. При использовании других методов охлаждения такое практически невозможно. Несмотря на то, что эта технология довольно развита, адаптировать её для работы с полупроводниковой электроникой на базе кремния и арсенида галлия не удалось.

Однако была разработана новая методика лазерного охлаждения группой физиков из Технологического университета Наньян (Сингапур). Они наблюдали за тем, как нанополоски из другого типа полупроводника, соединения кадмия и серы, реагировали на луч лазера. Ученые объяснили, что когда атомы материи облучаются лазером, они поглощают фотоны его излучения. Иногда часть из этих фотонов испускается обратно, но уже с более высокой частотой. На это расходуется дополнительная энергия, которая извлекается из тепловых колебаний атомов.

Это приводит к тому, что облучение лазером охлаждает материю, а не нагревает её. Этот эффект называется антистоксовой люминесценцией. Его широко используют в системах лазерного охлаждения атомов. Учеными было обнаружено, что антистоксовая люминесценция возникает в полосках из сульфида кадмия, имеющих специальную толщину и структуру. Они стали перебирать разные варианты лазерных излучателей для достижения максимального охлаждения. В результате физики остановились на обычном зеленом лазере, длина волны которого составляла 514 нанометров.

Этот лазер охладил закрученные в кольца полоски из сульфида кадмия на 40 градусов Цельсия при комнатной температуре. Когда температура материала и окружающей среды понижалась, также постепенно снижалась эффективность охлаждения. Так происходило, пока не был достигнут минимум - 93 градуса Цельсия ниже нуля.

Исследователи отмечают, что аналогичная методика охлаждения после проведения дополнительных экспериментов может применяться для кремниевых микрочипов. Ученые считают, что такие лазерные "кулеры" из-за небольшого расхода энергии и компактности современных лазеров можно будет встраивать в миниатюрные электронные приборы.