华盛顿大学开发新技术：激光制冷半导体材料

2020-06-24 10:40

由于谐振腔性能和冷却方法都在不断改进，该实验结果具有广泛的应用前景。半导体谐振器的振动特性使其成为一种有用的机械传感器，用于探测加速度、质量、温度和各种电子产品中的其他特性，例如用于探测智能手机朝向的加速度计。减少干扰可以提高传感器的性能。此外，与冷却整个传感器相比，使用激光冷却谐振器是一种更有针对性的提高传感器性能的方法。

在悬臂的末端，研究小组放置了一个微小陶瓷晶体，其中含有一种特殊的杂质，镱离子。当研究小组将红外线激光束聚焦到晶体上时，杂质从晶体中吸收了少量的能量，使其在波长比激发晶体的激光颜色短的光线中发光。这种“蓝移辉光”效应冷却了陶瓷晶体及其上的半导体纳米带。

研究人员表示这些晶体是用特定浓度的镱精心合成的，以最大限度地提高冷却效率。研究人员使用了两种方法来测量激光冷却半导体的程度。首先，他们观察到纳米带振荡频率的变化。

鲍佐斯基说：“纳米带在冷却后变得更硬、更脆、更能抵抗弯曲和压缩。因此，它以更高的频率振荡，这证实了激光已经冷却了谐振器。”

研究小组还观察到，随着激光功率的增加，晶体发出的光平均转移到更长的波长，这也表明发生了冷却。

通过这两种方法，研究人员计算出谐振器的温度比室温低了20摄氏度。不到1毫秒就能产生制冷效果，而且只要激发激光持续作用，制冷效果就会持续存在。

研究人员表示很期待他们的激光冷却技术在未来几年内被各个领域的科学家采用，以提高量子传感器的性能。这种方法还有其他潜在的应用。它可以成为高精度科学仪器的核心，利用谐振器振动的变化来精确测量一个物体的质量，比如单个病毒粒子。冷却固体部件的激光也可用于开发冷却系统，防止电子系统中的关键部件过热。

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