Досягнення описано в науковій статті, опублікованій в журналі ACS Nano.
Принцип дії нового пристрою добре знайомий фізикам. Воно являє собою так звану термопару.
Пояснивши. Система складається з двох пластин, виготовлених з різних напівпровідників (в даному випадку це телурид вісмуту і телурид сурми-вісмуту). Пластини з'єднані між собою одним кінцем.
Якщо створити різницю температур між пластинами (наприклад, одну нагріти, а другу залишити холодною), то між ними потече електричний струм. Цей ефект часто використовується в електронних термометрах. Але його можна використовувати і "у зворотний бік". Якщо пустити через систему струм, то одна з пластин буде охолоджуватися, перетворюючи пристрій в своєрідний холодильник.
Такі охолоджувачі давно використовуються для зниження температури електроніки. Але вони ще ніколи не були настільки мікроскопічними. Обсяг нового холодильника-близько одного кубічного мікрометра, так що поставити в нього каструлю з супом ніяк не вийде. Якби такі пристрої росли у нас на руках з тією ж швидкістю, що і нігті, то кожен палець виробляв би більше п'яти тисяч штук в секунду.
Настільки малий обсяг визначається тим, що кожна пластина в новій термопарі являє собою окремий кристал, що має товщину менше 0,1 мікрометра.
Дослідники використовували для отримання таких кристалів звичайний канцелярський скотч. Приклеївши його до об'ємного матеріалу, вони змогли зняти з нього мікроскопічні лусочки речовини. (До слова, такий же підхід свого часу дозволив отримати графен.)
"Ми створили найменший холодильник у світі, - стверджує Кріс Ріген (Chris Regan) з Каліфорнійського університету в Лос-Анжелесі.
Дійсно, новий пристрій менше попереднього найменшого в світі термоелектричного охолоджувача в десять тисяч разів (!).
Незважаючи на скромні розміри, система цілком помітно знижує свою температуру. В експериментах вона охолоджувалася на 17-25 градусів Цельсія.
Правда, переконатися в цьому було непросто. Стандартні методи вимірювання температури не підходять для настільки крихітних пристроїв. Тому вченим довелося придумати новий підхід.
До кожної з двох пластин вони прикріпили кристали Індія і за допомогою електронного мікроскопа спостерігали, як він стискається при охолодженні і розширюється при нагріванні. Це і дозволило їм розрахувати температуру.
Крім того, фахівці розрізнили в оптичний мікроскоп мікрокраплі роси, що осіли на перетині пластин термопари, як тільки вона стала досить холодною.
Отже, найменший в світі холодильник успішно працює. Ура! А що з ним передбачається робити? Поставити в будинок на кінчику оптичного волокна?
Зрозуміло, охолоджувач такого розміру важко придумати практичне застосування. Але фахівці вважають, що він може прокласти дорогу революційним рефрижераторам і нагрівачам цілком помітних масштабів.
Термопари не використовуються в побутових холодильниках, тому що вони недостатньо ефективні для цього. Принаймні, якщо охолоджуюча пластина має помітний розмір. Однак набір "мікрохолодильників", об'єднаний в один великий охолоджувач, може працювати набагато ефективніше.
"Як тільки ми зрозуміємо, як термоелектричні охолоджувачі працюють на атомному і майже на атомному рівнях, ми зможемо масштабувати їх до макрорівня, що дасть великий виграш [в ефективності]", - зазначає Ріген.