Физика

Ученые физики создали самый маленький в мире холодильник

Ученые физики создали самый маленький в мире холодильник

Ученые физики создали самый маленький в мире холодильник

Команда из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе разработала термоэлектрический охладитель толщиной всего сто нанометров. Это «самый маленький холодильник в мире», как его называют исследователи. В более широком масштабе эта новая система однажды сможет предотвратить перегрев современной микроэлектроники.

Что такое термоэлектрические устройства и как они работают?

Термоэлектрические холодильники, конечно, не похожи на наши обычные холодильники. Для генерации холода они полагаются на систему сжатия паров. В принципе, термоэлектрические системы работают следующим образом: между металлическими пластинами зажаты два разных полупроводника. Тогда могут произойти две вещи.

При нагревании одна сторона нагревается, а другая остается холодной. Затем эту разницу температур можно использовать для выработки электроэнергии. Зонды «Вояджера», которые сейчас, например, плывут в межзвездном пространстве, питаются от устройств такого типа. Поэтому они вырабатывают электроэнергию из тепла, вырабатываемого небольшим плутониевым ядерным реактором.

Однако этот процесс может быть выполнен и в обратном порядке. Когда к устройству подается электрический ток, одна сторона становится горячей, а другая — холодной. Это позволяет ему служить «кулером». Этот тип технологии может быть использован для охлаждения электронных устройств, для регулирования температуры в оптоволоконных сетях, или для уменьшения «шума» изображения в телескопах и других цифровых камерах высокого класса.

Физики из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе смогли уменьшить термоэлектрическое охлаждение более чем в 10 000 раз по сравнению с предыдущим термоэлектрическим охладителем меньшего размера.

Для этого они использовали два стандартных полупроводниковых материала: теллурид висмута и теллурид сурьмы-висмута, превращенный в микроскопические «хлопья». Затем они изготовили функциональные устройства, невидимые невооруженным глазом, толщиной всего сто нанометров и общим активным объемом около одного кубического микрометра.

«Мы сделали самый маленький холодильник в мире», — сказал Риган, ведущий автор исследования, опубликованного в журнале ACS Nano.

Наночастицы как «термометры»

Тогда еще одной проблемой было измерение температуры, создаваемой этими устройствами в таком небольшом масштабе. Для этого физики использовали метод термометрии расширения плазменной энергии, изобретенный в 2015 году. Этот процесс определяет температуру в нанометровом масштабе путем измерения изменений плотности с помощью просвечивающего электронного микроскопа.

В данном конкретном случае исследователи поместили наночастицы индия рядом с термоэлектрическими охладителями. По мере того как эти устройства охлаждались или нагревались, индий соответственно сжимался или расширялся. Таким образом, измеряя плотность индия, можно точно определить температуру этих наноохладителей.

Ученые физики создали самый маленький в мире холодильник
Это изображение, полученное с помощью электронного микроскопа, показывает два перекрывающихся полупроводника в темной области посередине. Здесь происходит большая часть охлаждения. Маленькие «точки» — это наночастицы индия, которые использовались в качестве «термометров».

Регулирование температуры с помощью современной технологии

Хотя термоэлектрические устройства используются в нишевых приложениях, их низкая эффективность по сравнению с обычными системами сжатия препятствует широкому распространению этой технологии. Другими словами, в более широком масштабе термоэлектрические устройства еще не вырабатывают достаточно электричества или не остаются достаточно холодными, отсюда и интерес к этой новой работе. Исследователи полагают, что беспрецедентное сочетание этих полупроводников однажды может быть увеличено. Это позволит разработать новый класс устройств для «охлаждения» передовых устройств микроэлектроники.

По материалам

new-science.ru

Смотреть полностью

Похожее

Back to top button
Close
Close

Adblock Detected

Please consider supporting us by disabling your ad blocker