РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК

УРАЛЬСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ

ИНСТИТУТ ХИМИИ TBEPДОГО ТЕЛА
   
| | | | |
| | | |
 12.07.2005   Карта сайта     Language По-русски По-английски
Новые материалы
Экология
Электротехника и обработка материалов
Медицина
Статистика публикаци


12.07.2005

Наносистемы


Твердотельный рефрижератор размером с чип

By: Свидиненко Юрий (Svidinenko) 2005.07.12






Твердотельный рефрижератор размером с чип


Широкому использованию некоторых типов электронных устройств с микроскопическими размерами и очень низкими рабочими температурами в настоящее время препятствует отсутствие надежных и сравнительно дешевых систем для их охлаждения. Сотрудники Nat. Inst. Standards and Technology (NIST США) в работе [2] сообщили об изготовлении микрорефрижератора, с помощью которого удалось охладить кубик из Ge с длиной ребра 250мкм до T = 220мК. Принцип его действия очень простой. Он основан на эффекте туннелирования в контакте NIS (N – нормальный металл, I – изолятор, S – сверхпроводник). У сверхпроводника в плотности электронных состояний имеется щель, причем в термодинамическом равновесии уровень Ферми металла попадает в центр этой щели, так что туннелирование электронов через диэлектрическую прослойку из металла в сверхпроводник невозможно. При достаточно большом напряжении на контакте химпотенциал металла попадает в центр этой щели, так что электроны теперь могут туннелировать в незанятые состояния, расположенные выше щели (см. рис.1 из статьи [3]). Так как в сверхпроводник туннелируют только электроны с энергиями вблизи уровня Ферми (т.е. самые высокоэнергетичные), то суммарная энергия оставшихся электронов уменьшается, и металл охлаждается. 



Рис. 1. Иллюстрация принципа работы NIS-микрорефрижератора. Пунктирная линия – химический потенциал; V – напряжение на контакте; D – сверхпроводящая щель.


«Это – так же, как испарение самых разогретых молекул вызывает охлаждение в кондиционере с увлажнением воздуха» - поясняет один из авторовв Joel Ullom [4]. Разработчики использовали четыре пары приборов, имевших размеры 25 х 15 мкм2, для охлаждения объекта с размерами 450 х 450мкм2 от температуры 320мК до 225мК. «По объему это аналогично тому, как если бы холодильник размером с человека охладил Статую Свободы» - говорит Ullom.

Комбинация Не3 холодильников и устройств с электронным туннелированием могла бы в пределе охлаждать объекты сантиметрового размера до 100мК и ниже. Такая комбинация была бы полезна для многих криогенных задач, таких как рентгеновские датчики для выявления дефектов в материалах полупроводниковой промышленности, детекторы фотонов на космических аппаратах для исследования поляризации космического микроволнового фона.


На практике, конечно, приходится попутно решать целый ряд проблем с целью увеличения мощности охлаждения и т. д. Как бы то ни было, авторы упомянутой статьи полагают, что усовершенствование системы отвода тепла позволит достичь еще более низких температур, вплотную приблизившись к абсолютному нулю.

Источники:



1. ПерсТ: Твердотельный рефрижератор размером с чип


2. Appl. Phys. Lett. 2005, 86, 173508

3. Nature 2005, 435, 889

4. http://physicsweb.org/articles/news/9/4/16/1#050416


Дизайн и программирование N-Studio 
А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я
  • Chen Wev .  honorary member of ISSC science council

  • Harton Vladislav Vadim  honorary member of ISSC science council

  • Lichtenstain Alexandr Iosif  honorary member of ISSC science council

  • Novikov Dimirtii Leonid  honorary member of ISSC science council

  • Yakushev Mikhail Vasilii  honorary member of ISSC science council

  • © 2004-2019 ИХТТ УрО РАН
    беременность, мода, красота, здоровье, диеты, женский журнал, здоровье детей, здоровье ребенка, красота и здоровье, жизнь и здоровье, секреты красоты, воспитание ребенка рождение ребенка,пол ребенка,воспитание ребенка,ребенок дошкольного возраста, дети дошкольного возраста,грудной ребенок,обучение ребенка,родить ребенка,загадки для детей,здоровье ребенка,зачатие ребенка,второй ребенок,определение пола ребенка,будущий ребенок медицина, клиники и больницы, болезни, врач, лечение, доктор, наркология, спид, вич, алкоголизм православные знакомства, православный сайт творчeства, православные рассказы, плохие мысли, православные психологи рождение ребенка,пол ребенка,воспитание ребенка,ребенок дошкольного возраста, дети дошкольного возраста,грудной ребенок,обучение ребенка,родить ребенка,загадки для детей,здоровье ребенка,зачатие ребенка,второй ребенок,определение пола ребенка,будущий ребенок