iPon Hírek

Félvezetők hűtése lézerrel

Dátum | 2012. 01. 24.
Szerző | Jools
Csoport | EGYÉB

A Niels Bohr Intézet munkatársai sikeresen kombinálva a kvantumfizika és a nanofizika eredményeit egy új módszert fejlesztettek ki: lézerrel hűtik a félvezető membránokat. A félvezetők hűtésének megoldása kulcsfontosságú lehet a jövő kvantumszámítógépeinek és az ultraérzékeny szenzorainak kifejlesztéséhez, de jelenleg is rengeteg alkalmazási területen jelentene fejlődést az optimális megoldás megtalálása ‒ a napelemipartól kezdve, a LED-eken keresztül rengeteg elektronikus készülék gyártásáig. A tanulmány a Nature Physics-ben jelent meg.

Az új módszer meglepő módon az anyag felmelegítésén keresztül működik. A kutatók egy 160 nanométer vastag, 1x1 milliméteres félvezető membránt hoztak létre, és ezt világították meg lézerrel egy vákuumkamrában. Amikor a fény eléri a membrán felszínét egy része visszaverődik, egy másik része elnyelődik és apró felmelegedést okoz a membrán felületén, ami kismértékű hőtáguláshoz vezet. A visszaverődött fényt egy tükör segítségével visszairányítják a membránra, és a rendszer így optikai rezonátorként működik. A membrán és a tükör közti távolság folyamatosan változik az apró fluktuációknak köszönhetően, melyek a membrán hőtágulásából adódnak. A tükör és a membrán távolságát változtatva érdekes összefüggések figyelhetők meg a membrán mozgása, a félvezető tulajdonságai és az optikai rezonancia között. Megfelelően megválasztott távolságnál pedig a lézer képes lehűteni a membránfluktuációkat. A módszerrel szobahőmérsékletről mínusz 269˚C-ra voltak képesek lehűteni a membránt.


Az atomok lézeres hűtését évek óta alkalmazzák az Intézetben végzett kvantumoptikai kísérletekben. A technikával közel abszolút nulla fokra tudtak hűteni cézium atomokból álló gázfelhőket a gázok közt fellépő kvantum-összefonódásoknak köszönhetően. Közben optikai módszerekkel vizsgálták az atomok spinjének (belső impulzusmomentumának) ingadozásait.

Ahogy Eugene Polzik, a Koppenhágai Egyetem professzora kifejtette: régóta kíváncsiak voltak arra, hogy meddig lehet kiterjeszteni a kvantummechanika határait, érvényesülnek-e ennek a hatásai makroszkopikus anyagi méretekben is. „Ez egészen új lehetőségeket vethet fel az optomechanikában, amely az optikai sugárzás, vagyis a fény és a mechanikai mozgás kölcsönhatásait vizsgálja.” Sokáig azonban nem tudták, hogy milyen anyagot használhatnának egy efféle kísérletre.



2009-ben Peter Lodahl ‒ aki akkoriban még vendégelőadó volt, azóta kutatócsoport tagja lett ‒ előadást tartott az egyetemen, és bemutatott különleges fotonikus kristályból álló membránt, amelynek anyaga a félvezető tulajdonságokkal rendelkező gallium-arzenid (GaAs) volt. Polzik rögtön felismerte az anyag alkalmazásának előnyeit, és javasolta, hogy ezt a fajta membránt használják az optomechanikai kísérletekben, ahogy ezt aztán meg is tették.

„A félvezető nanomembránok mechanikai rezgésének hatékony lehűtése fény segítségével újfajta szenzorok kifejlesztéséhez vezethet az elektromos áram vagy a mechanikai erők mérésére… Ez a hűtési mód egyes esetekben helyettesíthetné a manapság használt drága kriogén fagyasztási eljárásokat, és olyan szélsőségesen érzékeny szenzorok létrehozását tenné lehetővé, amelyek működésének csak a kvantumfluktuáció szabhatna határt” ‒ folytatta Polzik.
 

Új hozzászólás írásához előbb jelentkezz be!

Eddigi hozzászólások

8. CyberPunk6...
2012.01.24. 17:58
Az lenne egy nagyon érdekes adat, hogy mennyi energia kellett a -269°C eléréséhez.
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
7. Jools
2012.01.24. 19:41
Erre sajnos nem tudom a választ, de belinkeltem az eredeti tanulmányt (Nature Physics - véletlenül lemaradt), és az absztrakt alatti grafikonok közül erős a gyanúm, hogy a 4-esen vannak ezek az adatok, csak az meg túl kicsi felbontásban van fenn a leolvasáshoz. Úgyhogy előfizetők jelentkezését várjuk.
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
6. Destructo
2012.01.24. 20:44
Nemsemmi
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
5. pjszilard
2012.01.24. 21:52
Kerdes annak aki tudja a valaszt.

Miert hul le valami a vilagurben pl egy urhajot is futeni kell.
Miert nem lehet itt a foldon ugyanazzal a vakummal huteni pl a termosz hoszigetel nem hut?
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
4. szottyos
2012.01.25. 00:08
Kicsit bővebben az az oka az űrhajó és az űrben lévő testek lehűlésének, hogy a hőátadás (hőmérséklet-kiegyenlítődés) kétféleképp megy végbe.
Az egyik lehetőség, amikor a meleg test hozzáér a hidegebb testhez, és így lehűlnek-felmelegszenek. Na ez van kiküszöbölve a termoszban vagy a világűrben, ahol nincs mi hozzáérjen a dolgokhoz (levegő sem).
A másik ok a feketetest-sugárzás, ami azt jelenti hogy minden testnek van a hőmérsékletének megfelelő "színe". Ez 800 fok alatt az infravörös tartományba esik és túl nagy hullámhosszú, hogy lássuk. Viszont műszerrel lehet mérni (pl. a Predator infra-kamerája). Miközben ezt a fényt (energiát) sugározza, fokozatosab hűl.
Az univerzum feketetest-sugárzása kb. -270 fokos hőmérsékletű, ezért minden anyag amit felviszel, pont addig fog lehűlni. Ezen a hőmérsékleten fog megegyezni a kibocsájtott és az elnyelt infravörös sugárzás.
Emiatt a termoszban lévő folyadék felveszi a környezete hőmérsékletét, csak jóval lassabban mint ha egy pohárban hagytad volna. Ezt sikerült jó bő lére eresztenem
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
3. pjszilard
2012.01.25. 04:53
THX
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
2. szottyos
2012.01.25. 17:51
Ne haragudj, korrigálnám az előzőeket. Egy tárgy hőmérséklete vákuumban akkora, hogy a kibocsájtott és az elnyelt IR sugárzás egyensúlyban legyen. A -270 fok (pontosabban 2,725 Kelvin) hőmérsékletet a Naptól (és a többi meleg testtől) leárnyékolva (vagy mondjuk a Plútó távolságában) lehetne mérni. Ez az elvi határ.

Viszont ha szabad vitatkoznom Veled, a "tökéletes" termosz száj nélkül is lehűlne (felmelegedne) a környezet hőmérsékletére, ha elegendő időt hagynánk neki. Ez is egy elvi határ.

Ha viszont viszünk egy kis forralt bort a korizáshoz, előbb bezár a koripálya, mint hogy lehűlne a pia. Na ez a gyakorlat
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
1. Gardener Cyber...
2012.01.27. 18:23
Üdv.

"Az lenne egy nagyon érdekes adat, hogy mennyi energia kellett a -269°C eléréséhez." @ CyberPunk666

Kérdésedre a válasz a cikk abstrakt részében le van írva:
"...4 K is realized with 50 μW of light..."

vagyis: a 4K(-169,15°C)-t 50 μW fénnyel érték el.
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!