Ученые создали самый маленький в мире «холодильник»

Команде исследователей, возглавляемой профессором физики Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе Крисом Риганом, удалось создать термоэлектрические охладители толщиной в 100 нанометров — примерно одну десятимиллионную часть метра. Кроме того, они разработали инновационный метод измерения охлаждающей способности новых установок. Результаты публикует журнал ACS Nano.

«Мы сделали самый маленький холодильник в мире», — заявил Крис Риган, ведущий автор статьи о новом исследовании.

Однако, ученые объясняют, эти крохотные устройства не являются холодильниками в обычном понимании — здесь нет дверей или контейнеров. Но в более крупных масштабах та же технология используется для охлаждения компьютеров и других электронных устройств, а также для регулирования температуры в оптоволоконных сетях и для уменьшения «шума» изображения в телескопах высшего класса и цифровых камерах.

Эти устройства, созданные путем размещения двух разных полупроводников между металлизированными пластинами, работают двумя способами. При нагревании одна сторона становится горячей, а другая остается прохладной; эту разницу температур можно использовать для выработки электроэнергии. В будущем аналогичные устройства могут использоваться для улавливания тепла из выхлопных газов автомобиля для питания его кондиционера.

Но этот процесс также можно запустить в обратном направлении. Когда к устройству подается электрический ток , одна сторона становится горячей, а другая — холодной, что позволяет ему служить в качестве охлаждающего устройства. Эта расширенная технология может однажды заменить систему сжатия пара в реальном холодильнике и сохранить, например, газировку холодной в реальной жизни.

Стандартное термоэлектрическое устройство, состоящее из двух полупроводниковых материалов, зажатых между металлизированными пластинами. Предоставлено: Wikimedia Commons.

Для создания своих термоэлектрических охладителей команда Ригана, в которую вошли шесть студентов UCLA, использовала два стандартных полупроводниковых материала: теллурид висмута и теллурид сурьмы-висмута. Они прикрепили обычный скотч к кускам обычного сыпучего материала, сняли его, а затем извлекли тонкие однокистальные хлопья из материала, все еще прилипшего к ленте. Из этих хлопьев они сделали функциональные устройства толщиной всего 100 нанометров и общим активным объемом около 1 кубического микрометра, невидимые невооруженным глазом.

«Мы побили рекорд самого маленького термоэлектрического холодильника в мире более чем в десять тысяч раз», — заявил Синь И Лин, один из авторов статьи и бывший студент исследовательской группы Рейгана.

Сосредоточив внимание на наноструктурах — устройствах, по крайней мере, с одним размером в диапазоне от 1 до 100 нанометров — Риган и его команда надеются открыть новые способы синтеза более эффективных объемных материалов. 

Еще одна отличительная черта наноразмерного «холодильника» — то, что он может реагировать практически мгновенно.

«Как только мы поймем, как термоэлектрические охладители работают на атомном и почти атомном уровнях, — объясняет Риган, — мы сможем масштабироваться до макроуровня, где есть еще большая выгода».

Это изображение, полученное с помощью электронного микроскопа, показывает два полупроводника охладителя —  одну чешуйку теллурида висмута и одну — теллурида сурьмы-висмута — перекрывающиеся в темной области в центре, где происходит большая часть охлаждения. Маленькие «точки» — это наночастицы индия, которые команда использовала в качестве термометров. Предоставлено: UCLA / Regan Group.

Измерение температуры в таких крошечных устройствах — непростая задача. Оптические термометры имеют низкое разрешение при таких малых масштабах, в то время как методы сканирующего зонда требуют специализированного дорогостоящего оборудования. Оба подхода требуют кропотливой калибровки. Риган высоко оценил работу своих учеников-исследователей по разработке и измерению производительности наноразмерных устройств.

Читать также

В эпоху экосистем: как ИТ-гиганты превращаются в интерфейсы нашего быта

Ледник «Судного дня» оказался опаснее, чем думали ученые. Рассказываем главное

GitHub заменил термин «мастер» на нейтральный аналог

Подписывайтесь
на наши каналы в Telegram

«Хайтек»новостионлайн

«Хайтек»Dailyновости 3 раза в день

Первая полоса
Астрономы наблюдали рождение гигантского Юпитера в 430 световых годах от Земли
Космос
Toyota откроет первый в мире «город роботов» у подножия горы Фудзи
Новости
Найден способ экспоненциально повысить точность квантовых часов
Наука
Найдено крупнейшее облако заряженных частиц: оно в 20 раз больше Млечного Пути
Космос
Роботов научили определять местоположение людей на слух
Новости
Физики установили новый мировой рекорд точности работы кубита
Наука
Ученые восстановили пути миграции неандертальцев из Европы в Сибирь
Наука
В Китае создали ИИ для проектирования чипов: он справился за несколько дней
Новости
Четыре спутника НАСА наблюдали гигантский выброс плазмы на Солнце
Космос
Математики МГУ описали движение веществ в организме человека
Наука
В Стэнфорде создали вращающееся устройство, которое удаляет тромбы
Наука
В космосе впервые обнаружили гигантскую молекулу с 24 атомами углерода
Космос
Из-за отказа от прививок в России растет заболеваемость корью и коклюшем
Наука
Инженеры создали мягкого робота, который управляется лазерными лучами
Новости
В Apple усомнились в способности существующих моделей ИИ рассуждать
Новости
В IBM назвали сроки создания первого масштабного квантового компьютера
Новости
Посмотрите с орбиты Марса на гигантский вулкан, возвышающийся над облаками
Космос
В России приняли закон о создании единого национального мессенджера
Новости
Ученые выяснили, почему у летучих мышей «долгожителей» не бывает рака
Наука
Открыт прием заявок на премию «Промышленная робототехника»
Иннополис