По информации пресс-службы вуза, новый подход позволит отказаться от громоздких систем охлаждения для процессоров, лазерных диодов и квантовых сенсоров. Перегрев является одной из главных проблем современной электроники и оптических устройств, а традиционные вентиляторы и кулеры создают вибрации, недопустимые в высокоточных оптических системах.

Метод основан на эффекте антистоксовой фотолюминесценции: испускаемый материалом фотон обладает большей энергией, чем поглощенный. Недостающую энергию вещество забирает из тепловых колебаний кристаллической решетки, что приводит к снижению температуры.

Для реализации ученые синтезировали структуру типа «сэндвич». Центральный слой — сверхтонкая пленка арсенида галлия толщиной 14 нанометров, заключенная между слоями галлия, мышьяка и алюминия. Такая конфигурация создает «квантовую яму», ограничивающую движение электронов и дырок.

Инженер-исследователь кафедры фотоники СПбГУ Роман Назаров пояснил, что нанометровое ограничение изменяет энергетические состояния частиц и позволяет сформировать хорошо различимые экситонные резонансы. Экситон — связанное состояние электрона и дырки, играющее ключевую роль во взаимодействии материала со светом.

В ходе экспериментов при сверхнизких температурах (около 269°C) ученые воздействовали на структуру лазерным лучом. Исследователям удалось зафиксировать, что при излучении более энергичных фотонов материал поглощает тепловую энергию колебаний атомов, тем самым охлаждаясь.