俄罗斯科学家发现用光冷却电子元件的新方法

圣彼得堡国立大学——俄罗斯历史最悠久、最顶尖的高等学府之一——的物理学家提出了一项可能改变电子元件冷却方式的解决方案。该研究获得俄罗斯科学基金会资助，并发表于国际权威期刊《Physical Review B》。

过热问题长期制约着处理器、激光器和光学传感器的性能与使用寿命。传统散热器和风扇不仅体积庞大，还会产生微振动，难以满足高精度光学设备的需求。圣彼得堡的科学家们提出了一种巧妙的替代方案：利用光来实现冷却。

他们采用了反斯托克斯光致发光效应。在该效应中，材料发射出的光子能量高于其所吸收的光子能量，而能量差则来源于材料自身的热能，从而实现自我冷却。通俗地讲，激光脉冲将粒子激发到较低的能级“台阶”，晶格的热振动助粒子跃迁到更高能级，随后系统发射出更高能量的光子，热量随之以光的形式散发。

为验证这一机制，研究人员制备了基于砷化镓的超薄层状结构——一种厚度仅为14纳米的“三明治”结构，约为人发丝直径的五千分之一。该结构中心区域形成了一处量子阱，其中存在两种不同类型的激子（电子-空穴对），分别对应重空穴和轻空穴。在约−269°C的超低温条件下，研究团队用激光选择性激发其中一种激子，却观测到另一种更高能量激子的发光现象。能量差额正如理论预期，来源于晶格的热振动，从而证实了材料因发光而冷却的物理过程。

尽管该研究目前仍属基础科学范畴，但它为未来技术发展奠定了坚实的物理基础——包括紧凑型激光器、光子芯片以及高灵敏度传感器等，这些器件将不再需要笨重的冷却系统。这一技术对于航天设备、便携式电子产品和医疗光学仪器等空间受限领域尤为重要。

该实验的主要完成人为圣彼得堡国立大学光子学系研究工程师罗曼·纳扎罗夫。

材料来源：圣彼得堡国立大学官方网站
https://spbu.ru/news-events/novosti/fiziki-spbgu-pridumali-kak-okhladit-materialy-dlya-elektroniki-svecheniem