Dunkelheit schafft Kälte: Wie macht man einen Quantenkühlschrank?

Physiker haben die Quanteneigenschaften von LEDs verwendet, um einen mikroskopischen Kühlschrank herzustellen, der in der Elektronik verwendet werden kann.
Forscher der University of Michigan – Pramod Reddy, Edgar Meyhofer und ihre Kollegen – haben eine elegante Methode vorgeschlagen, um mithilfe von Quanteneffekten Kälte zu erzeugen. Basis ist ein weit verbreitetes Gerät – die LED (LED). Physiker berichten dies in ihrer Botschaft in Nature.

Die Gesetze der Quantenmechanik sind weit verbreitet, um extrem niedrige Temperaturen zu erreichen. Verwenden Sie dazu das Laserlicht. Das Prinzip – wenn es vereinfacht wird, es vom Standpunkt der klassischen Physik aus zu sagen – lautet: Wenn ein Atom in seiner thermischen Bewegung in Richtung des Photons fliegt, kann es dieses absorbieren und seine Geschwindigkeit verringern. Die Frequenz des einfallenden Lichts kann so gewählt werden, dass die Absorption des Photons “after”, das heißt mit der Beschleunigung des Atoms, weniger wahrscheinlich war. Dieses Prinzip wird verwendet, um ein Gas – beispielsweise Rubidiumatome – auf Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt in der Größenordnung von einem Millionstel Grad zu kühlen.

Ein Team von Experimentatoren aus Michigan nahm jedoch einen anderen Quanteneffekt an. In ihren Experimenten wird die Substanz nicht durch Licht gekühlt, sondern durch deren Abwesenheit, dh durch Dunkelheit. Dieses Verfahren ist nicht auf Gas anwendbar, sondern auf einen Festkörper und kann zum Kühlen der Elemente der Mikroelektronik verwendet werden.

Die Basis ist eine LED – ein Halbleiter, der Licht aussenden kann, wenn ein elektrischer Strom in einer bestimmten Richtung durchgelassen wird. Das Prinzip der LED ist, dass die Spannung Elektronen beschleunigt, als ob sie vom Energiesprungbrett springen würden. Beim Herunterfallen verliert das Elektron die vom elektrischen Feld empfangene Energie und emittiert sie in Form von Lichtphotonen.

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