Российские учёные нашли способ охлаждать электронику светом

Физики Санкт-Петербургского государственного университета — одного из старейших и ведущих вузов России — предложили решение, которое может изменить подход к охлаждению в электронике. Исследование, поддержанное грантом Российского научного фонда, опубликовано в престижном журнале Physical Review B.

Перегрев давно ограничивает эффективность и срок службы процессоров, лазеров и оптических датчиков. Обычные кулеры и вентиляторы не только громоздки, но и создают микро-вибрации, что делает их непригодными для высокоточных приборов. Петербургские учёные предложили элегантное решение: использовать свет.

Они применили эффект антистоксовой фотолюминесценции — явление, при котором материал испускает фотон с большей энергией, чем получил. Недостающее он забирает из собственного тепла, тем самым охлаждая себя. Проще говоря, лазерный импульс помещает частицы на нижнюю энергетическую «ступеньку», тепловые колебания атомов помогают им подняться выше, а затем система испускает более энергичный свет — и тепло уходит вместе с ним.

Чтобы доказать это, физики создали сверхтонкую структуру из арсенида галлия — «сэндвич» толщиной всего 14 нанометров, что примерно в 5000 раз тоньше человеческого волоса. В центре этой структуры сформирована квантовая яма, в которой существуют два типа экситонов — с тяжёлой и лёгкой дыркой. При сверхнизкой температуре (−269°C) учёные возбудили лазером один тип экситонов, а зарегистрировали свечение другого — более высокоэнергетичного. Разницу в энергии, как и предполагалось, дали именно тепловые колебания кристаллической решётки, что и привело к охлаждению материала.

Хотя работа пока носит фундаментальный характер, она закладывает реальную основу для технологий будущего: компактных лазеров, фотонных чипов и сверхчувствительных сенсоров, которым больше не понадобятся громоздкие системы охлаждения. Это особенно важно для космической техники, портативной электроники и медицинской оптики, где каждый миллиметр пространства на счету.

Автор эксперимента — инженер-исследователь кафедры фотоники СПбГУ Роман Назаров.

Материал подготовлен по данным официального сайта СПбГу: https://spbu.ru/news-events/novosti/fiziki-spbgu-pridumali-kak-okhladit-materialy-dlya-elektroniki-svecheniem