Учёные охладили полупроводник светом

Парадоксальное охлаждение за счёт нагревания продемонстрировали специалисты из института Нильса Бора. Авторы опыта считают, что эта технология пригодится для создания высокочувствительных механических и электрических датчиков, а также компонентов квантовых компьютеров.

Физики провели эксперимент в области оптомеханики, изучающей взаимодействие света с подвижными объектами. В качестве испытательного образца выступила пластинка из арсенида галлия.

При толщине всего 160 нанометров её размеры превышали 1 х 1 миллиметр, сообщает институт.

Эту наномембрану учёные поместили в специальном держателе в вакуумную камеру и направили на неё лазерный луч мощностью 50 микроватт. Отражённый свет попадал на зеркало и возвращался к пластине полупроводника.

Рис. 1. Усами за установкой в институте Нильса Бора (фотографии Ola J. Joensen).

Дальше начиналось самое интересное. Часть света пластинка поглощала, и это приводило к появлению свободных электронов, чуть-чуть разогревавших материал. Разогрев приводил к периодическому термическому расширению, из-за которого менялось расстояние между поверхностью мембраны и зеркала, создавая колебания. А они на ходу изменяли и параметры резонатора.

Рис. 2. Авторы эксперимента измеряли
колебания мембраны с высокой точностью
при помощи пробного луча, направляемого
под углом к поверхности. На рисунке зелёный
цвет означает –20 мкм/с, красный — +20 мкм/с
(иллюстрация Niels Bohr Institutet).

Исследователи установили, что

уникальные электронные, оптические и механические свойства пластины при определённом излучении приводят к необычному явлению: хотя мембрана в целом немного нагревается от луча, её тепловые колебания в нужном направлении таким методом можно подавить, причём настолько, что это будет соответствовать падению температуры с комнатной до минус 269 градусов Цельсия.

В новой технологии наблюдается явная аналогия с известным лазерным охлаждением. Но тот способ работает с облаками атомов (ионов) в оптических ловушках, но вовсе не с твёрдыми телами, тем более – макроскопических размеров.

Источник(и):

1. Институт Нильса Бора

2. membrana.ru