Физики придумали новой метод охлаждения, в котором используется свет обычных светодиодов. Пока что достигнутые значения отвода энергии невелики, но авторы надеются увеличить их в десятки раз, что сделает устройства на этой основе перспективными кандидатами для охлаждения электронных приборов. Результаты опубликованы в журнале Nature.

Оптическое охлаждение основано на поглощении нагретым телом низкоэнергетичных фотонов и последующем излучения частиц света с более высокой энергией, что в результате приводит к уменьшению температуры тела.

Во всех реализованных до недавнего времени устройствах использовалось лазерное излучение, причем его узкий частотный диапазон и свойство когерентности были принципиально важны для работоспособности метода. В последние годы появились идеи об использовании обычных светодиодов, системы на основе которых в будущем смогут заменить в электронике распространенные сегодня термоэлектрические приборы.

В новой работе сотрудники Мичиганского университета (США) впервые создали прибор оптического охлаждения на основе светодиода.

Принцип его работы основан на явлении отрицательной люминесценции, которое заключается в том, что в случае подведения к светодиоду обратного тока смещения он начинает испускать меньше света, чем в случае полного отсутствия этого тока.

Получается, что такое воздействие заставляет светодиод вести себя как тело с существенно меньшей температурой. При обычных условиях этот эффект очень мал и не способен существенно охладить что-либо. Однако его можно значительно усилить, если поместить светодиод и охлаждаемый объект в так называемую область близкого поля, то есть на расстояние, сравнимое с длиной волны излучения.

Фактически тела должны оказаться на расстоянии нескольких нанометров. В таком случае фотоны начинают туннелировать между ними, что значительно увеличивает эффективность охлаждения.

Авторы поместили рядом светодиод и наноразмерный прибор для измерения количества энергии — калориметр. Ученым пришлось создать специальный источник излучения, так как шероховатости на поверхности стандартных светодиодов в 50—100 раз превышают необходимое расстояние. Когда исследователи уменьшили расстояние между телами до 55 нанометров, то оптический сигнал с калориметра резко вырос, что соответствует появлению условий для туннелирования фотонов.

На данный момент мощность охлаждения составила скромные 6 ватт на квадратный метр. Тем не менее, авторы уверены, что при должном проектировании системы можно добиться повышения этого параметра близко к теоретическому пределу в 1000 Вт/м². В таком случае данный метод сможет составить конкуренцию другим используемым сегодня.