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Raffreddatore laser per elettronica

28.01.2013

Un team di fisici guidato da Qihua Xiong della Nanyang Technological University di Singapore ha sviluppato una nuova tecnica di raffreddamento laser osservando come le nanostrisce realizzate con un diverso tipo di semiconduttore, un composto di zolfo e cadmio, hanno reagito a un raggio laser.

I sistemi di raffreddamento laser sono ampiamente utilizzati nella fisica nucleare e negli studi sulle proprietà quantistiche del micromondo. Speciali trappole laser e refrigeratori consentono di raggiungere temperature prossime allo zero assoluto, cosa praticamente impossibile con altri metodi di raffreddamento. Nonostante l'elevato sviluppo di questa tecnologia, non è stata ancora adattata per funzionare con l'elettronica a semiconduttore basata su silicio e arseniuro di gallio. Come spiegano gli scienziati, quando irradiati con un laser, gli atomi della materia a cui è diretto il dispositivo assorbono i fotoni della sua radiazione. In determinate condizioni, alcuni di questi fotoni vengono emessi indietro a una frequenza più elevata, che consuma energia aggiuntiva estratta dalle vibrazioni termiche degli atomi. Per questo motivo, l'irradiazione laser raffredda la materia, anziché riscaldarla. Questo effetto, la cosiddetta luminescenza anti-Stokes, è ampiamente utilizzato nei sistemi per il raffreddamento laser degli atomi.

Xiong e colleghi hanno scoperto che la luminescenza anti-Stokes si verifica in strisce di solfuro di cadmio con uno spessore e una struttura appositamente selezionati. Cercando di ottenere il massimo raffreddamento, gli scienziati hanno esaminato diverse opzioni per gli emettitori laser fino a quando non hanno optato per un laser verde convenzionale con una lunghezza d'onda di 514 nm. Secondo i ricercatori, il laser verde è stato in grado di raffreddare le strisce di solfuro di cadmio arrotolate di 40 gradi Celsius a temperatura ambiente. Al diminuire della temperatura del materiale e dell'ambiente, l'efficienza di raffreddamento diminuisce gradualmente fino a raggiungere un minimo a 93 gradi Celsius sotto lo zero.

Come notano i ricercatori, una tecnica di raffreddamento simile può essere applicata ai microchip di silicio dopo ulteriori ricerche. Xiong e i suoi colleghi ritengono che tali "raffreddatori" laser possano essere integrati in dispositivi elettronici in miniatura, grazie al basso consumo energetico e alla compattezza dei moderni laser.

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