Физики научились использовать светодиоды для охлаждения

Фраза, вынесенная в заголовок, звучит необычно: источник света, по идее, должен даже немного нагревать освещаемый предмет. На самом деле никакого противоречия нет: науке уже давно известно о возможности охлаждения с помощью света, и подобные системы уже успешно применяются.

«Секрет фокуса» основан на способности нагретых тел поглощать низкоэнергетические фотоны и затем излучать фотоны с большей энергией. За счёт этого тело и охлаждается (ибо свет переходит с тепло, а тепло – в свет). В настоящее время для охлаждения электронных приборов подобным образом применяют лазерное излучение, полезными свойствами которого является узкий диапазон частот и когерентность. Однако исследователи давно задумываются над вопросом об использовании в тех же целях обыкновенных светодиодов, что заметно упростит конструкцию. И вот теперь сотрудники Мичиганского университета такую возможность реализовали. Правда, в опытных образцах эффективность охлаждения низкая, но авторы работы говорят, что в скором времени усовершенствуют метод, и его можно будет использовать на практике. Статья об этой работе опубликована в журнале Nature.

В созданной учёными конструкции используется принцип отрицательной люминесценции; он состоит в том, что к светодиоду подводится обратный ток смещения, из-за чего он начинает испускать меньше света, чем при полном отсутствии такого тока. В результате светодиод фактически становится телом с заметно меньшей температурой.

Таким устройством охладить что-либо  вряд ли возможно, но это лишь первый элемент конструкции. Светодиод нужно приблизить к охлаждаемому объекту на расстояние области близкого поля, то есть такое, которое соизмеримо с длиной волны. В данном случае это расстояние всего в несколько нанометров. Фотоны при таком расположении начинают туннелировать между объектами, из-за чего охлаждение становится более сильным.

Правда, для этого учёным пришлось создать светодиод особой конструкции. На поверхности обычных имеются шероховатости, размер которых больше, чем расстояние близкого поля. Новый источник излучения, соответственно, был абсолютно гладким (по сравнению с поверхностью прежнего, разумеется). Светодиод и нужный объект разместили на расстоянии 55 нанометров друг от друга. Величину излучаемой энергии измеряли с помощью калориметра. На указанном расстоянии прибор показал, что излучение резко выросло, и это создало необходимые условия для туннелирования. Мощность охлаждения составила 6 ватт на квадратный метр. Это немного, однако, в скором будущем исследователи надеются поднять этот показатель до 1000 ватт на квадратный метр, чего вполне достаточно для охлаждения приборов.