华盛顿大学的科学家们使用红外激光将固体半导体材料冷却到比室温低至少20摄氏度的温度。

 

激光冷却是一种利用准直光束来降低物质温度的技术，例如通过与来自激光的光子的碰撞来降低原子的动量。激光冷却使冷原子的研究成为可能，并具有改变量子通信和生物成像等领域的潜力。

 

现在，沐鸣测试速华盛顿大学的一组科学家演示了激光冷却固体半导体。他们之前曾使用激光冷却技术将冷水降低到室温以下。利用红外激光器，他们能够将半导体的温度降低到远低于室温的水平。

 

科学家们在《自然通讯》的一篇论文中描述了他们的技术。

 

该团队使用了一个悬臂(一个在一端支撑的水平结构，像一个跳水板)，由从硅块延伸的硫化镉纳米带制成。它在室温下随热能而振荡，有时用作传感器。在条带的末端，他们放置了一个含有杂质(镱离子)的陶瓷晶体。

 

当科学家们将一束红外激光束聚焦在晶体上时，杂质从晶体中吸收了一些热能，沐鸣测速地址使其发射出比激光频率更高的光子(因此能量更高)。这种“蓝移光”冷却了晶体和与之相连的纳米带。

 

他们使用两种方法来测量激光冷却的程度，首先观察纳米带振荡频率的变化，然后观察晶体发出光的频率的变化。这表明半导体材料的温度比室温下降了20℃。这只花了不到1毫秒的时间，并且持续了使用激光的时间。

 

这是固体激光冷却纳米级传感器的第一次演示。

 

“在历史上，纳米级设备的激光加热是一个被掩盖的主要问题，”材料科学与工程教授、该研究的资深作者彼得·鲍萨斯基(Peter Pausauskie)教授说。

 

“我们使用红外光冷却谐振器，以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学机械谐振器的灵敏度，扩大其在消费电子、激光器和科学仪器中的应用，并为光子电路等新应用铺平道路。

 

这项工作具有广泛的潜在应用前景，不仅因为冷却方法——可以实现非常精确的定位——还因为传感器性能的改善。这种方法可以应用于精密测量，沐鸣测速地址利用振荡频率的变化来测量微小物体的质量，比如单个病毒粒子，也可以应用于冷却系统。

 

“在未来的几年里，我将热切地期待我们的激光冷却技术被来自不同领域的科学家应用，以提高量子传感器的性能，”华盛顿大学博士生、《自然通讯》杂志论文的第一作者Anupum Pant说。