Ученые создали технологию охлаждения полупроводников

Ученые создали технологию охлаждения полупроводников

Обычный процесс охлаждения материалов до криогенных температур весьма сложен, дорог и в некоторых случаях небезопасен для окружающей среды.

Поэтому ученые нашли еще несколько методов глубокого охлаждения, одним из которых является метод охлаждения лазерным светом, который в последнее время применяется все шире и шире. Этот метод заключается в том, что фотоны света лазера взаимодействуют с атомами материала, затормаживая их колебания и отбирая их тепловую энергию. Лазерное охлаждение газов и более тяжелых веществ в газообразной фазе успешно применяется уже в течение нескольких лет, но реализация охлаждения твердых материалов с помощью лазера сталкивалась с рядом непреодолимых проблем.

В большинстве случаев, луч лазера, переносящий некоторое количество энергии, не ассоциируется с охлаждением материалов. Но в недавних экспериментах исследователям Юн Занг (Jun Zhang), Дехуи Ли (Dehui Li), Ренджи Чен (Renjie Chen) и Кихуа Ксайонг (Qihua Xiong) из Технологического университета Nanyang, Сингапур, удалось применить некоторые физические уловки и понизить температуру полупроводникового кристалла на 40 градусов по шкале Цельсия.

При лазерном охлаждении газов кинетическая энергия атомов передается фотонам света, с которыми взаимодействуют эти атомы. В твердых же телах тепловые колебания имеют несколько иную природу, колебания атомов материала складываются в псевдо-частицы, фононы, которые могут перемещаться в объеме материала. Эти фононы, являющиеся квантовыми возбуждениями, ведут себя подобно частицами, они могут сталкиваться, отражаться и рассеиваться. И для того, чтобы охладить материал необходимо подавить эти фононы с помощью лазерного света.

Лазерное охлаждение было успешно реализовано для специального материала, имеющего упорядоченную симметричную кристаллическую решетку, в которую были внедрены атомы редкоземельных металлов. Наиболее сильно эффект лазерного охлаждения проявился в кристаллах сульфида кадмия, полупроводникового материала II-VI группы. Этот материал, обладающий некоторыми уникальными свойствами, достаточно широко используется в цифровой электронике. В полупроводниках II-VI группы могут возникать достаточно мощные тепловые фононы, но в таких материалах имеет место быть еще один вид возбуждения, поведение которых напоминает поведение частиц, эксионы.

Исследователи нанесли на поверхность кремниевой подложки, покрытой слоем диоксида кремния, тонкий слой сульфида кадмия. После этого на подготовленную таким образом поверхность был наведен луч лазера, очень точно настроенного на определенную длину волны света. Фотоны лазерного света начали взаимодействовать с фононами и эксионами в тонком слое сульфида кадмия. После более точного подбора длины волны света лазера процесс взаимодействия вошел в резонанс, что привело к разрушению фононов, что, в свою очередь, привело к быстрому понижению температуры материала на 40 градусов по шкале Цельсия по сравнению с первоначальной отметкой.

Частоты колебания фононов в использованном материале зависят от начальной температуры. Поэтому, при снижении температуры в результате лазерного охлаждения, частота колебания фононов снижается и для дальнейшего эффективного охлаждения требуется коррекция длины волны лазерного света. Проведенные эксперименты показали, что максимальна эффективность лазерного охлаждения наблюдается и сохраняется при снижении температуры охлаждаемого объекта не более чем на 15 градусов. Изучая резонансные взаимодействия между фотонами света и фононами в материале, исследователи заметили, что весьма просто добиться совершенно обратного эффекта. На некоторых длинах волны света лазера наблюдался интенсивный разогрев материала.

Источник: litescience.ru

Похожие новости:
Ученые создали новые магнитные технологии охлаждения
Новая технология охлаждения опирается на материалы, которые изменяют свою температуру, когда на них воздействует магнитное поле . Доктор Luis Hueso из исследовательского центра CIC nanoGUNE разработал новую технологию для охлаждения микроэлектронных компонентов. Система охлаждения основана на явлении магнитного охлаждения, ..
2013-02-26 2112 0 Технология
0
MagCool позволит создать магнитные холодильники
Ученые создали экономичный холодильник, работающий на принципе магнитного охлаждения.Прибор может охлаждать материалы до минус 20,5 градусов Цельсия, при этом в его системах вместо фреона и других «парниковых» газов циркулирует вода, что делает технологию экологически безопасной,сообщает «WordScience.org». «Мы существенно ..
2012-06-2 2439 0 Технология
0
Ученые создали новый вид полимера
Ученые из американского университета Duke University создали необычный полимер, который практически невозможно разрушить. Исследования ученых показали, что созданный ими полимер способен восстанавливаться при разрушении и износе. Сам полимер, при воздействии на него, просто меняет свою структуру и физические свойства. ..
2013-08-6 2703 0 Технология
-1
Биоинженеры создают технологию печати живыми клетками
Ученые Биоинженеры из Великобритании создали специальный принтер, который печатает микроскопические листы из клеток, которые извлекли из сетчатки глаза человека или крысы, сообщает it-site.net Эта технология позволит в будущем заменять поврежденные части глаза, для чего и будут служить эти распечатки. ..
2014-01-02 1962 0 Технология
1
Физики создали нанотермометры для замера температуры единичных клеток
Китайские и американские физики создали миниатюрные нанотермометры на основе так называемых квантовых точек, микроскопических источников света, при помощи которых можно отслеживать температуру клеток в организме и отдельных их частей, что поможет медикам бороться с инфекционными болезнями и воспалениями, говорится в статье, ..
2015-07-16 3180 0 Технология
0
Японские ученые создали технологию озеленения пустынь
Специалисты японского университета Киото в сотрудничестве с корпорацией Panasonic разработали технологию, которую можно будет применять для озеленения пустынь, как сообщили представители компании. Технология, по словам японских ученых, заключается в нанесении на сухой песок слоя специального реагента, способного задерживать ..
2013-07-21 1625 0 Технология
0
Ученые создали сенсор ночного видения для линз
Контактные линзы с функцией ночного видения могли бы отлично вписаться в научно-фантастический фильм, но новые исследования показали, что существует способ, чтобы действительно придать нашим глазам возможность видеть в темноте. Группа ученых Electrical Engineers из Университета штата Мичиган создали ..
2014-04-07 2271 0 Технология
0
Ученые создали новый способ получения стекла
Группа ученых из Великобритании и Германии предложила способ получения стекла, при котором не требуется охлаждения жидкости. При охлаждении жидкости ниже температуры плавления она либо кристаллизуется, либо становится стеклом. Стекло представляет собой особенное состояние вещества: оно имеет механические ..
2012-11-13 2603 0 Технология
0
В графене создали запрещенную зону
Ученые создали в графене запрещенную зону, поместив его на изгибы подложки из карбида кремния. Работа опубликована в журнале Nature Physics, а ее краткое содержание можно прочитать на сайте Технологического института Джорджии. В качестве подложки ученые использовали карбид углерода, в котором создавались ..
2012-11-20 1694 0 Технология
0
Создан термостойкий органический транзистор
Международная группа исследователей создала гибкий транзистор, устойчивый к термическому воздействию. Статья ученых появилась в журнале Nature Communications. Органические полупроводники активно изучаются из-за своих специфических механических свойств, в частности, гибкости. Одним из основных недостатков таких полупроводников ..
2012-03-8 1852 0 Технология
0
Ученые создали экологически чистый аккумулятор
Литий-ионные аккумуляторы нашли широкое распространение в быту. Но в состав этих аккумуляторов входят токсические вещества. Ученые уже долгое время пытаются разработать экологически чистые аккумуляторы. Специалисты из Университета Карнеги – Меллона (Питтсбург, США) обнаружили, с помощью меланинов – ..
2013-12-18 2502 0 Технология
0
Ученые нашли необходимую для печати микросхем из пластика молекулу
Группе исследователей из МГУ имени М.В. Ломоносова в сотрудничестве с немецкими коллегами из Института полимерных исследований в Дрездене (Институт Лейбница) удалось найти молекулу, которая, по их мнению, может дать толчок развитию органической электроники. Результаты своей работы ученые опубликовали ..
2016-07-12 1397 0 Технология
0
Ученые создали искусственную кожу из нанотрубок
Ученые Стэнфордского университета изобрели  искусственную кожу, которая ощущает нажатия, щепотки и прикасания. Датчики, изготовлены из силиконовой пленки и матрицы жидких углеродных нанотрубок обеспечивают возврат материала в его первоначальную форму, не смотря на количество проделанных над ним действий.  В сжатом виде, прохождение ..
2011-10-27 2262 0 Технология
0
Новосибирские ученые разработали стандарт измерения наноматериалов
Новосибирские ученые из Института физики полупроводников имени Ржанова разработали стандарт измерений для наноматериалов. Об этом сообщает «Интерфакс» со ссылкой на старшего научного сотрудника института Сергея Косолобова. «Мы создали эталонный объект, его зарегистрировали в Государственном реестре средств измерений РФ, он используется, ..
2015-05-05 1396 0 Технология
0
Физики научились растить на чипах радиаторы из нанотрубок
Ученые смогли в шесть раз повысить эффективность охлаждения микропроцессоров при помощи радиаторов из углеродных нанотрубок. Новый способ сцепления нанотрубок с металлическими поверхностями описан в статье, опубликованной в Nature Communications. Краткое описание исследования приведено на сайте Национальной лаборатории имени ..
2014-01-29 1266 0 Технология
0