Создано самое маленькое охлаждающее устройство
Учёные-инженеры уже давно изготавливают различные устройства, в основе которых лежит эффект Пельтье. Он заключается в переносе тепловой энергии между полупроводниками и реже — разнородными проводниками. Явление возникает при прямой подаче через проводники электрического тока. Устройства на основе эффекта Пельтье, как правило, не только компактны, но и очень надежны, так как не имеют подвижных элементов, при этом обладают высокой эффективностью. Однако холодильники на основе компрессоров всё же более эффективные. Для улучшения их рабочих характеристик используются специальные материалы, которые уменьшают нежелательный нагрев, сохраняют большой диапазон температур и имеют больший коэффициент Зеебека. Такой материал, на самом деле, найти непросто.
Чтобы оборудование на основе эффекта Пельтье обладало лучшими характеристиками и при этом имело крайне маленькие размеры, учёные рассмотрели теллурид висмута и теллурид сурьмы-висмута для изготовления тончайших пластинок, выступающих в качестве термоэлектрических охладителей. Полученная с их помощью конструкция представляет собой самый тонкий охладитель из всех ранее созданных — его толщина составляет всего 100 нанометров. Предыдущее рекордно малое устройство подобного рода имело толщину в 10 тысяч раз большую той, что ученые создали недавно. Чтобы конструкция работала, ученые совместили несколько пластинок друг над другом, используя подложку из нитрида кремния. К этим пластинкам был проведён электрический ток, в результате в области перекрытия пластинок образовалась холодная зона.
Исследовав параметры сформированной структуры с помощью электронных микроскопов, ученые убедились в качестве его охлаждения. Ширина холодной зоны не превысила 300 нанометров, поэтому измерить столь малые объекты удалось лишь с применением специальных лабораторных термометров, опирающихся на измерение расширения вещества. Данные о температуре получали из энергии плазмонов. Сочетая методы микроскопии с методами спектроскопии, удалось учесть потери энергии электронов и с точностью определить температуру малых участков образца. Охлаждение в столь маленьком термоэлектрическом холодильнике достигало температуры 21 Кельвин относительно комнатной температуры, принятой за начальную точку. При этом процесс охлаждения происходил на порядки быстрее, чем ожидалось. Даже в крупных охладителях оно происходит гораздо дольше.
Полученный мини-холодильник поможет в создании новых технологий наноохладителей, которые могут поспособствовать скачку в эффективности технологии термоэлектронного охлаждения.
