Лазерное охлаждение полупроводников: подробности

Метод лазерного охлаждения твердых тел основан на эффекте антистоксовой люминесценции, при которой энергия фотонов, излучаемых телом, оказывается выше энергии поглощенных фотонов. Этот метод используется с середины 1990-х годов для охлаждения различных стекол с примесями иттербия и других редкоземельных элементов.

Однако попытки лазерного охлаждения полупроводников до сих пор не приводили к успеху, т.к. энергия, которая выделяется при рекомбинации электрона и дырки, образующихся при поглощении фотона, передается кристаллической решетке полупроводника, что приводит к нагреванию материала.

Д-р Джейкоб Хургин (Jacob Khurgin) из университета Джона Хопкинса разработал метод лазерного охлаждения полупроводников, основанный на возбуждении поверхностных плазмон-поляритонов (ППП) – квантовых осцилляций, возникающих на поверхности металла при взаимодействии света с электронами проводимости. Для охлаждения полупроводника GaN ученый предлагает поместить вблизи него на расстоянии 10 нм небольшую серебряную пластину.

Д-р Хургин рассчитал, что в этом случае поверхностные плазмон-поляритоны будут образовываться в полупроводниковом материале в результате рекомбинации электронно-дырочных пар. При этом 99,9% ППП будут покидать полупроводник и отдавать свою энергию металлу, тем самым охлаждая полупроводник, сообщает PhysicsWeb.

По подсчетам ученого, эффективность нового метода охлаждения будет составлять около 3%, что вполне достаточно для его практического применения. Хургин считает, что новая технология позволит охлаждать непосредственно сам полупроводник без использования внешних охладителей, что особенно важно для создания компактных инфракрасных детекторов, которые устанавливаются на космические спутники и используются в портативных приборах ночного видения.