Ученые научились охлаждать вещество при помощи лазера

В большинстве случаев лазер разогревает поверхности, однако не тогда, когда он работает в особенных условиях, говорят в Университете Нильса Бора в Копенгагене, где смогли при помощи лазера охладить полупроводниковую мембрану до минус 269 градусов. О своем достижении ученые сообщили в последнем номере научного журнала Nature Physics.

По их словам, секрет "охлаждающего" лазера заключается в ряде квантовых феноменов, точнее того, как они проявляются в макромире.

Известно, что сфокусированные лазерные лучи применялись для охлаждения атомов еще в 1980-х годах, однако до сих пор этот эффект работал только на атомном уровне. Однако специалисты из Копенгагена решили спроецировать его и на макроуровне. "Возможность охлаждать материалы при помощи лазера означает совершенно новые возможности в такой области, как оптомеханика, описывающая взаимодействие оптического излучения и механического движения", - говорит Юджин Полцик, один из авторов эксперимента.

Как оказалось, спроецировать феномен в макромасштабе не так уж сложно: если атом движется по направлению к лучу, то излучение способно снизить момент движения практически до нуля, снижая энергию и, как следствие, температуру. Однако здесь есть проблема: метод работает, только если атом движется к лазеру, но не от него. В противном случае луч только еще больше разгоняет его и нагревает.

Решить проблему эксперты смогли также при помощи базовой физики и механики: если лазер настроен на частоту, чуть ниже резонансной частоты атома, то при взаимодействии происходит резонансное взаимодействие и момент движения гасится в любом случае, хотя если атом движется к лучу, то его энергия гасится быстрее и полнее. По словам авторов исследования, задача усложняется еще больше, если лазеру предстоит охладить большие неоднородные материалы. Эту проблему пока не удалось решить.

Однако физики уже научились проводить "лазерное охлаждение" миллиметровых полупроводниковых мембран из арсенида галлия, широко применяемого в производстве микрочипов. Здесь мембраны, проводящие электрический ток, охлаждаются как на атомном, так и на макроуровне.

В перспективе специалисты говорят о создании систем для охлаждения узлов в квантовых компьютерах, а также в электрических и механических датчиках, которые должны работать не выше определенной температуры.