向物体照射光以降低其温度似乎是一种奇怪的方法,但是在物理上经常使用激光冷却,尤其是用于创建过冷器样品。但是,现在,一位美国物理学家提出了一种用激光冷却半导体的方法。
尽管霍普金斯大学的Jacob Khurgin尚未通过实验验证该技术,但他量化认为这将为红外接收器和电气设备提供一种更为有效的冷却方法。其他死亡(Phys。Rev. Lett。98177401)
如果固体以一种能量吸收光子,然后以较高的能量重新辐射光子,则可以将其冷却。只要发出的能量比吸收的能量多一点,物体的温度就会降低。自1990年代中期以来,这种效应被称为Skokes反Stokes光致发光(Skokes)效应,已被用于冷却掺Yb的玻璃和其他重稀土元素。
但是,尝试对半导体进行激光冷却要困难得多,因为吸收的光子会产生一个电子-空穴对,偶尔会重组一次。光子具有更高的能量。相反,频繁的重组导致热量散布在晶格周围。即使确实发生了重新辐射,新光子也很有可能会被半导体重新吸收,从而进一步增加了加热过程的可能性。
Khurgin的解决方案是放置少量的金属块(例如,银银),尺寸约为10 nm,以代替半导体。这样做是为了利用存在于金属表面的等离激元极化子(SPPs)表面的冷却效果。 SPP是量子振动,由光和金属中的导电电子之间的相互作用引起。
虽然通常在金属表面上发现SPP,但Khurgin计算得出,如果金属和半导体表面被非常窄的缝隙分开,则可以在半导体范围内形成SPP。通过电子-空穴对的重组(见图)。 Khurgin还计算出,几乎所有这些SPP都可以从半导体中爆发出来,并将高达99.9%的能量返回给金属-从而冷却半导体。
Khurgin说,如果将银银用作金属,将氮化镓(GaN)用作半导体,则每个SSP都必须带出近三倍于光子的能量。他预测该设备可以实现高达3%的冷却效率,足以满足实际应用。根据Khurgin的说法,该技术可以使电子设备中的半导体直接冷却,而不必使用外部冷却器。对于地球观测卫星或手动夜视设备中使用的红外接收器的堆叠设计,这可能尤其重要。这项工作刚刚出版。享有盛誉的《物理评论快报》(Phys。Rev. Lett。98 177401)。
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根据PhysicsWeb.org和Physcal Review Letters,越南的物理学