Учёные из США создали устройство, которые они называют самым маленьким холодильником в мире. Его невозможно увидеть невооружённым глазом, и тем не менее он может понижать температуру на десятки градусов Цельсия почти мгновенно.
Достижение описано в научной статье, опубликованной в журнале ACS Nano.
Принцип действия нового устройства хорошо знаком физикам. Оно представляет собой так называемую термопару.
Поясним. Система состоит из двух пластин, изготовленных из разных полупроводников (в данном случае это теллурид висмута и теллурид сурьмы-висмута). Пластины соединены между собой одним концом.
Если создать разность температур между пластинами (например, одну нагреть, а вторую оставить холодной), то между ними потечёт электрический ток. Этот эффект часто используется в электронных термометрах. Но его можно использовать и "в обратную сторону". Если пустить через систему ток, то одна из пластин будет охлаждаться, превращая устройство в своеобразный холодильник.
Такие охладители давно используются для снижения температуры электроники. Но они ещё никогда не были настолько микроскопическими. Объём нового холодильника – около одного кубического микрометра, так что поставить в него кастрюлю с супом никак не получится. Если бы такие устройства росли у нас на руках с той же скоростью, что и ногти, то каждый палец производил бы более пяти тысяч штук в секунду.
Столь малый объём определяется тем, что каждая пластина в новой термопаре представляет собой отдельный кристалл, имеющий толщину менее 0,1 микрометра.
Исследователи использовали для получения таких кристаллов обычный канцелярский скотч. Приклеив его к объёмному материалу, они смогли снять с него микроскопические чешуйки вещества. (К слову, такой же подход в своё время позволил получить графен.)
"Мы создали самый маленький холодильник в мире, – утверждает Крис Ригэн (Chris Regan) из Калифорнийского университета в Лос-Анжелесе.
Действительно, новое устройство меньше предыдущего самого маленького в мире термоэлектрического охладителя в десять тысяч раз (!).
Несмотря на скромные размеры, система вполне заметно снижает свою температуру. В экспериментах она охлаждалась на 17–25 градусов Цельсия.
Правда, убедиться в этом было непросто. Стандартные методы измерения температуры не подходят для столь крошечных устройств. Поэтому учёным пришлось придумать новый подход.
К каждой из двух пластин они прикрепили кристаллы индия и с помощью электронного микроскопа наблюдали, как он сжимается при охлаждении и расширяется при нагревании. Это и позволило им рассчитать температуру.
Кроме того, специалисты различили в оптический микроскоп микрокапли росы, осевшие на пересечении пластин термопары, как только она стала достаточно холодной.
Итак, самый маленький в мире холодильник успешно работает. Ура! А что с ним предполагается делать? Поставить в дом на кончике оптического волокна?
Разумеется, охладителю такого размера трудно придумать практическое применение. Но специалисты считают, что он может проложить дорогу революционным рефрижераторам и нагревателям вполне заметных масштабов.
Термопары не используются в бытовых холодильниках, потому что они недостаточно эффективны для этого. По крайней мере, если охлаждающая пластина имеет заметный размер. Однако набор "микрохолодильников", объединённый в один большой охладитель, может работать гораздо эффективнее.
"Как только мы поймём, как термоэлектрические охладители работают на атомном и почти на атомном уровнях, мы сможем масштабировать их до макроуровня, что даст большой выигрыш [в эффективности]", – отмечает Ригэн.
К слову, ранее Вести.Ru рассказывали о самом маленьком ультразвуковом датчике и компьютере.
