對于公眾來說，激光加熱物體。通常，這是正確的。

但是激光也顯示出相反的承諾，那就是冷卻材料?？梢岳鋮s材料的激光可以徹底改變從生物成像到量子通信的領(lǐng)域。

2015年，華盛頓大學(xué)的研究人員宣布，他們可以使用激光冷卻低于室溫的水和其他液體?，F(xiàn)在，同一支團(tuán)隊已使用類似的方法來制冷完全不同的東西：固態(tài)半導(dǎo)體。正如研究小組在6月23日發(fā)表在《自然通訊》上的論文中所顯示的那樣，他們可以使用紅外激光將固態(tài)半導(dǎo)體冷卻到比室溫低至少20攝氏度或36華氏度。

該設(shè)備是懸臂，類似于跳水板。就像游泳者跳入水中后的跳水板一樣，懸臂可以特定頻率振動。但是這個懸臂不需要潛水員振動。它可以在室溫下響應(yīng)于熱能或熱能而振蕩。這樣的設(shè)備可以成為理想的光機(jī)械傳感器，通過激光可以檢測其振動。但是，這種激光還會加熱懸臂，從而削弱其性能。

“從歷史上看，納米器件的激光加熱是一個大問題，”在華盛頓大學(xué)西北大學(xué)國家科學(xué)學(xué)院的材料科學(xué)與工程學(xué)教授，太平洋西北國家實驗室的資深科學(xué)家彼得·包扎斯基(Peter Pauzauskie)說。“我們正在使用紅外光冷卻諧振器，以減少系統(tǒng)中的干擾或'噪聲'。這種固態(tài)制冷方法可以顯著提高光機(jī)電諧振器的靈敏度，擴(kuò)大其在消費電子，激光和科學(xué)儀器中的應(yīng)用，并為光子電路等新應(yīng)用鋪平了道路。”

Pauzauskie補(bǔ)充說，該團(tuán)隊是第一個展示“納米級傳感器的固態(tài)激光制冷”的團(tuán)隊，他也是UW分子工程與科學(xué)研究所和UW納米工程系統(tǒng)研究所的教職員工。

由于諧振器性能的提高和用于冷卻諧振器的方法的改進(jìn)，該結(jié)果具有廣泛的潛在應(yīng)用價值。半導(dǎo)體諧振器的振動使其可用作機(jī)械傳感器，用于檢測各種電子設(shè)備中的加速度，質(zhì)量，溫度和其他屬性，例如用于檢測智能手機(jī)朝向的加速度計。減少干擾可以提高這些傳感器的性能。此外，與嘗試?yán)鋮s整個傳感器相比，使用激光冷卻諧振器是一種更具針對性的方法，可以提高傳感器性能。

在他們的實驗裝置中，一條微小的硫化鎘帶或納米帶從一塊硅中伸出，并且在室溫下自然會發(fā)生熱振蕩。

在跳水板的末端，研究小組放置了一個微小的陶瓷晶體??，其中包含一種特定類型的雜質(zhì)，離子。當(dāng)研究小組將紅外激光束聚焦在晶體上時，雜質(zhì)從晶體吸收了少量能量，導(dǎo)致其發(fā)出的光的波長短于激發(fā)晶體的激光顏色。這種“藍(lán)移輝光”效應(yīng)冷卻了陶瓷晶體及其所附著的半導(dǎo)體納米帶。

威斯康星大學(xué)分子工程專業(yè)的博士生夏曉晶說：“這??些晶體是用特定濃度的carefully精心合成的，以最大限度地提高冷卻效率。”

研究人員使用兩種方法來測量激光冷卻半導(dǎo)體的程度。首先，他們觀察到納米帶振蕩頻率的變化。

Pauzauskie說：“冷卻后，納米帶變得更硬，更脆，更不易彎曲和受壓。結(jié)果，它以更高的頻率振蕩，這證明了激光器已經(jīng)冷卻了諧振器。”

研究小組還觀察到，隨著晶體增加激光功率，晶體發(fā)出的光平均轉(zhuǎn)移到更長的波長，這也表明冷卻了。

使用這兩種方法，研究人員計算出諧振器的溫度比室溫低了20攝氏度。制冷效果只需要不到1毫秒的時間，并且只要激發(fā)激光器開啟就可以持續(xù)。

威斯康星大學(xué)材料科學(xué)與工程專業(yè)的博士生Anupum Pant說：“在未來的幾年中，我將渴望看到我們的激光冷卻技術(shù)被各個領(lǐng)域的科學(xué)家所采用，以增強(qiáng)量子傳感器的性能。”

研究人員說，該方法還有其他潛在應(yīng)用。它可以利用諧振器的振蕩變化來精確測量物體的質(zhì)量，例如單個病毒顆粒，從而成為高精度科學(xué)儀器的心臟。冷卻固體組件的激光器也可以用于開發(fā)冷卻系統(tǒng)，以防止電子系統(tǒng)中的關(guān)鍵組件過熱。