Российские ученые нашли способ охлаждения электроники с помощью света

Свет вместо кулеров и радиаторов

Исследователи из Санкт-Петербургского государственного университета придумали новый метод охлаждения полупроводников с использованием света. В будущем эта технология может снизить зависимость электроники от громоздких радиаторов и вентиляторов.

Основой нового подхода является эффект антистоксовой фотолюминесценции. В этом процессе материал излучает фотон с энергией, превышающей ту, которую он получил при поглощении света. Недостающая энергия извлекается из тепловых колебаний атомов кристаллической решетки, что приводит к постепенному охлаждению самого материала.

Для проверки этого принципа ученые создали многослойную наноструктуру. В центре находится ультратонкая пленка арсенида галлия толщиной всего 14 нанометров, окруженная слоями соединений галлия, алюминия и мышьяка.

«Нанометровое ограничение перемещения электронов и дырок изменяет их энергетические состояния и позволяет формировать четко различимые экситонные резонансы. Экситон — это связанное состояние электрона и дырки, которое играет важную роль во взаимодействии материала со светом», — пояснил инженер кафедры фотоники СПбГУ Роман Назаров.

Эксперименты проводились при температуре около -269 °C. Под воздействием лазерного луча ученые установили, что материал действительно поглощает часть тепловой энергии своих атомов и излучает её в форме более энергичных фотонов. Иными словами, свет способствует охлаждению материала без применения каких-либо механических систем.

По мнению авторов исследования, дальнейшее развитие этой технологии может привести к созданию компактных и практически бесшумных систем охлаждения для электроники и фотонных устройств, которые не будут нуждаться ни в вентиляторах, ни в массивных радиаторах. В настоящее время разработка находится на начальной стадии исследований, поэтому впереди ещё много экспериментов перед её практическим применением.