1立方微米!世界最小量子冰箱问世,不久未来或有广泛应用

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  蚁人进入量子领域救人,时间一分一秒过去,人没找到,口却渴了,怎么办?要放以前,肯定什么办法也没有,只有干渴着,回到宏观世界再说。现在好了,加州大学洛杉矶分校物理学教授克里斯·雷根(ChrisRegan)领导的团队,已经研发出了一种世界上最小的冰箱,蚁人可以随身携带一台,装入冰淇淋冰镇可乐什么的,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错了。没错,这个冰箱确实只能在量子领域使用,因为它的尺寸只有100纳米,容积只有1立方微米。

  

  容积1立方微米?这是一个什么概念?根据科学家们的说法,人类指甲的生长速度达到了每秒钟5000多立方微米,所以如果你的手指是在生产这种冰箱的话,一秒钟就可以制造5000多台。

  你一定很好奇,如此小的冰箱,连肉眼都无法看到,要用什么高精尖的技术才做得出来啊?不上一台和光刻机差不多的设备,恐怕是难以胜任的吧?

  其实你是有些想多了,研究人员买来普通的透明胶带,用它们去粘两种热电材料——化和锑-碲化铋,然后将粘胶上的单晶薄片剥下来,就组合成了这种微型冰箱。

  

  微型冰箱充分利用了热电材料的特性。加热的时候这种材料可以产生电能,这个原理40多年前就被美国宇航局用在旅行者号飞船上,现在已飞出了太阳系;通电的时候,则会让材料的一边变热,一边变冷,从而用于制作冷却器或冰箱——一些饮水机就用了这种制冷装置。

  冰箱倒是制造出来了,怎么知道它起作用了,把里面的温度降低了呢?雷根的团队为此又专门开发了一种名为等离子体能量膨胀(PEET)的测温技术,使用透射电子显微镜测量纳米尺度物质的密度变化来确定其温度。

  在这个实验中,研究人员将元素制成的纳米颗粒放入纳米冰箱中,并选择其中一个特定的粒子作为他们的温度计。当团队改变制冷机的功率,让设备加热或冷却的时候,铟粒子也会相应膨胀和收缩。通过透射电子显微镜测量的密度,研究人员就能够精确测定纳米颗粒的温度,从而确定纳米冰箱内部的温度。

  

  雷根教授对这台微型冰箱非常满意,称自己和学生们制造了世界上最小的冰箱,看着大家的研究和创新,他对热电材料的未来充满了希望。

  那么这个冰箱究竟有什么作用呢?雷根认为,这种冷却器可用于计算机和其他电子设备冷却,调节光纤网络中的温度并减少高端望远镜和数码相机中的图像“噪声”,在电子领域有着非常广阔的前景,不久未来或获得巨大的回报。

  这项研究9月14日发表在《ACSNano》杂志上。

  论文:Electron-TransparentThermoelectricCoolersDemonstratedwithNanoparticleandCondensationThermometry

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