Физики из Университета ИТМО в Санкт-Петербурге создали методику, позволяющую охладить любую поверхность до сверхнизких температур, используя лазер и наночастицы. Эта идея продлит жизнь солнечным батареям и позволит охлаждать нанолазеры, говорится в статье, опубликованной в журнале Nanoscale.

«Мы делаем микро- и нанолазеры в нашей лаборатории на базе перовскитов. Применение технологии оптического охлаждения в теории может привести к созданию "самоохлаждающихся» лазеров, возможность реализации которых до сих пор является предметом горячих научных дискуссий", – заявил физик из Университета ИТМО Сергей Макаров. Его слова приводит пресс-служба вуза.

Макаров и его коллеги уже несколько лет экспериментирует с перовскитами, полупроводниковыми материалами с достаточно необычными свойствами и структурой. Они похожи по устройству на природный минерал перовскит, хорошо поглощающий свет и превращающий его в другие формы энергии. В начале этого года его команде удалось приспособить перовскиты для создания технологии, позволяющей очень быстро и дешево «печатать» наноизлучатели лазерного излучения и встраивать их в микросхемы.

У этой технологии, несмотря на все ее плюсы, была одна проблема – подобные излучатели вырабатывают много тепла, и их необходимо как-то охлаждать. Сделать это внутри микросхемы или другого миниатюрного устройства очень сложно.

Российские физики смогли решить эту задачу, используя «подручные» материалы – тот же самый перовскит, а также сам свет, вырабатываемый лазером. В этом им помогли технологии, которые уже много лет применяются в другой области физики – при изучении поведения самых холодных форм материи.

Окно в наномир

Идея основывается на том, что атомы поглощают частицы света при их облучении лазером. Их взаимодействия можно «настроить» так, что часть из этих фотонов испускается обратно с более высокой частотой, на что расходуется дополнительная энергия, извлекаемая из тепловых колебаний атомов.

Благодаря этому лазер будет охлаждать материю, а не нагревать ее во время облучения. Данный эффект – так называемая антистоксовая люминесценция – сегодня используется в системах лазерного охлаждения в атомных часах и ловушках. Российские физики адаптировали этот подход для охлаждения самих лазеров, создав наночастицы, поглощающие импульсы инфракрасного лазерного излучения и понижающие температуру окружающей среды.

Они представляют собой миниатюрные сферы диаметром в 530 нанометров, чья форма и оптические свойства были так подобраны, что они тратили почти всю энергию лазера на охлаждение пространства, а не нагрев самих себя. Благодаря этому наночастицы могут понижать температуру более чем на 100 градусов Цельсия при «обстреле» относительно слабыми импульсами ИК-излучения, выходя на полную мощность работы всего за доли секунды.

Подобные наночастицы, как надеются Макаров и его коллеги, помогут нанолазерам, созданным в их лаборатории, проникнуть в современную микроэлектронику и стать одним из ключевых компонентов световых компьютеров будущего.

Помимо этого, физики из Санкт-Петербурга сейчас пытаются решить обратную задачу – заставить наночастицы быстро разогревать, а не охлаждать окружающее пространство. Подобные «нано-печки» и «холодильники», как отмечают исследователи, можно адаптировать для работы с другими формами света и встроить их в стекло. В результате этого окна будут охлаждать воздух в квартире летом и нагревать его зимой, заключают ученые.