1立方微米!世界最小量子冰箱問世,不久未來或有廣泛應用

蟻人進入量子領(lǐng)域救人,時間一分一秒過去,人沒找到,口卻渴了,怎么辦?要放以前,肯定什么辦法也沒有,只有干渴著,回到宏觀世界再說?,F(xiàn)在好了,加州大學洛杉磯分校物理學教授克里斯·雷根(Chris Regan)領(lǐng)導的團隊,已經(jīng)研發(fā)出了一種世界上最小的冰箱,蟻人可以隨身攜帶一臺,裝入冰淇淋冰鎮(zhèn)可樂什么的,在量子世界想吃就吃,想喝就喝了。
量子世界的冰箱?你一定在想自己是不是看錯了。沒錯,這個冰箱確實只能在量子領(lǐng)域使用,因為它的尺寸只有100納米,容積只有1立方微米。

容積1立方微米?這是一個什么概念?根據(jù)科學家們的說法,人類指甲的生長速度達到了每秒鐘5000多立方微米,所以如果你的手指是在生產(chǎn)這種冰箱的話,一秒鐘就可以制造5000多臺。
你一定很好奇,如此小的冰箱,連肉眼都無法看到,要用什么高精尖的技術(shù)才做得出來???不上一臺和光刻機差不多的設(shè)備,恐怕是難以勝任的吧?
其實你是有些想多了,研究人員買來普通的透明膠帶,用它們?nèi)フ硟煞N熱電材料——碲化鉍和銻-碲化鉍,然后將粘膠上的單晶薄片剝下來,就組合成了這種微型冰箱。

微型冰箱充分利用了熱電材料的特性。加熱的時候這種材料可以產(chǎn)生電能,這個原理40多年前就被美國宇航局用在旅行者號飛船上,現(xiàn)在已飛出了太陽系;通電的時候,則會讓材料的一邊變熱,一邊變冷,從而用于制作冷卻器或冰箱——一些飲水機就用了這種制冷裝置。
冰箱倒是制造出來了,怎么知道它起作用了,把里面的溫度降低了呢?雷根的團隊為此又專門開發(fā)了一種名為等離子體能量膨脹(PEET)的測溫技術(shù),使用透射電子顯微鏡測量納米尺度物質(zhì)的密度變化來確定其溫度。
在這個實驗中,研究人員將銦元素制成的納米顆粒放入納米冰箱中,并選擇其中一個特定的粒子作為他們的溫度計。當團隊改變制冷機的功率,讓設(shè)備加熱或冷卻的時候,銦粒子也會相應膨脹和收縮。通過透射電子顯微鏡測量銦的密度,研究人員就能夠精確測定納米顆粒的溫度,從而確定納米冰箱內(nèi)部的溫度。

雷根教授對這臺微型冰箱非常滿意,稱自己和學生們制造了世界上最小的冰箱,看著大家的研究和創(chuàng)新,他對熱電材料的未來充滿了希望。
那么這個冰箱究竟有什么作用呢?雷根認為,這種冷卻器可用于計算機和其他電子設(shè)備冷卻,調(diào)節(jié)光纖網(wǎng)絡中的溫度并減少高端望遠鏡和數(shù)碼相機中的圖像“噪聲”,在電子領(lǐng)域有著非常廣闊的前景,不久未來或獲得巨大的回報。
這項研究9月14日發(fā)表在《ACS Nano》雜志上。
論文:Electron-Transparent Thermoelectric Coolers Demonstrated with Nanoparticle and Condensation Thermometry