切换到宽版
  • 广告投放
  • 稿件投递
  • 繁體中文
  • 利用激光制冷半导体材料

    作者:实验帮译 来源:物理学家组织网 时间:2020-06-28 09:24 阅读:352 [投稿]
    华盛顿大学的研究人员使用红外激光冷却一种固态半导体材料,这种材料被贴上“悬臂梁”的标签,在室温下至少冷却20摄氏度或36华氏度。

    一般来说,激光会加热物体,人们正常都会这样理解。但激光也显示出与冷却材料完全相反的作用。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等领域。

    2015年,华盛顿大学的研究人员宣布,他们可以使用激光在室温下冷却水和其他液体。现在,同一个团队使用了一种类似的方法来冷藏完全不同的东西:固体半导体。研究小组在近日出版的《自然通信Nature Communications》杂志上发表的一篇论文中指出,他们可以使用红外激光在室温下将固体半导体冷却至少20摄氏度或36华氏度。

    这个装置是一个类似于跳水板的悬臂。就像游泳运动员跳入水中后的跳板一样,悬臂可以以特定的频率振动。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。像这样的装置可以制造出理想的光机传感器,在那里它们的振动可以被激光探测到。但激光也会加热悬臂梁,这会降低其性能。


    华盛顿大学的研究人员使用红外激光冷却一种固态半导体材料,这种材料被贴上“悬臂梁”的标签,在室温下至少冷却20摄氏度或36华氏度。

    美国华盛顿大学材料科学与工程教授、太平洋西北国家实验室资深科学家彼得·鲍扎斯基(Peter Pauzauskie)说:“从历史上看,纳米器件的激光加热是一个被掩盖的重大问题。我们使用红外线来冷却谐振器,从而减少系统中的干扰或“噪音”。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。”

    由于谐振腔性能的提高和冷却方法的改进,该结果具有广阔的应用前景。半导体谐振器的振动使它们成为机械传感器,用于检测加速度、质量、温度和各种电子产品的其他特性,如加速度计,以检测智能手机面临的方向。减少干扰可以改善这些传感器的性能。此外,与试图冷却整个传感器相比,使用激光冷却谐振器是提高传感器性能的更有针对性的方法。

    在他们的实验装置中,硫化镉的一个小带状物,或者说纳米带状物,从一块硅中延伸出来,在室温下自然会发生热振荡。


    上图是该小组的实验装置,用亮场显微镜拍摄。标签为“Si”的硅平台在图像底部显示为白色。硫化镉的纳米带被标记为“CdSNR”。其尖端是陶瓷晶体,标记为“Yb:YLF”,图像比例标尺为20微米。

    在这个跳水板的末端,研究小组放置了一个微小的陶瓷晶体,其中含有一种特殊类型的杂质,镱离子。当研究小组将红外激光束聚焦在晶体上时,杂质吸收了晶体中的少量能量,使晶体在波长比激发它的激光颜色短的光中发光。这种“蓝移辉光”效应冷却了陶瓷晶体及其所连接的半导体纳米带。

    研究人员用两种方法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。纳米带在冷却后变得更硬更脆,更耐弯曲和压缩。结果,它以更高的频率振荡,这证明激光已经冷却了谐振器。

    研究小组还观察到,随着激光功率的增加,晶体发出的光平均移动到更长的波长,这也表明冷却。利用这两种方法,研究人员计算出谐振器的温度比室温下降了20摄氏度。制冷效果只需不到1毫秒,只要激发激光就可以持续。

    研究人员说,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核心,利用谐振器振荡的变化来精确测量物体的质量,例如单个病毒粒子。冷却固体部件的激光器也可以用来开发冷却系统,防止电子系统中的关键部件过热。

    原文来源:https://phys.org/news/2020-06-laser-solid-state-refrigeration-semiconductor-material.html 

    分享到:
    扫一扫,关注光行天下的微信订阅号!
    【温馨提示】本频道长期接受投稿,内容可以是:
    1.行业新闻、市场分析。 2.新品新技术(最新研发出来的产品技术介绍,包括产品性能参数、作用、应用领域及图片); 3.解决方案/专业论文(针对问题及需求,提出一个解决问题的执行方案); 4.技术文章、白皮书,光学软件运用技术(光电行业内技术文档);
    如果想要将你的内容出现在这里,欢迎联系我们,投稿邮箱:service@opticsky.cn
    文章点评