Дослідники з Каліфорнійського університету в Лос-Анджелесі створили те, що безумовно можна назвати самим маленьким холодильником в світі на сьогоднішній день. І якщо ви подумали про якусь мініатюрної копії звичного всім агрегату, що стоїть на вашій кухні, то ви глибоко помилилися. Те, що створили каліфорнійські вчені, насправді є крихітним термоелектричним охолоджувачем, товщина якого становить всього 100 нанометрів.
Охолоджувач складається з двох шарів різних напівпровідникових матеріалів, затиснутих між металізованими пластинами, які виконують роль електродів. Коли одна сторона такого “бутерброда” нагрівається, а друга залишається холоднішою, область контакту між напівпровідниковими пластинами виступає в ролі генератора, який виробляє електрику. Подібні термоелектричні перетворювачі вже досить давно використовуються в космічній техніці. Наприклад, в космічних апаратах серії Voyager, в марсоходах Curiosity і Perseverance, термоелектричні генератори, загорнуті навколо ядра з виробляє тепло плутонію, забезпечують енергією системи цих апаратів і можуть робити це безупинно протягом декількох десятиліть.
Однак, цей термоелектричний ефект починає працювати зовсім навпаки, коли через напівпровідникову структуру пропускається електричний струм. У такому випадку одна сторона стає гарячою, а друга – охолоджується, дозволяючи цьому пристрою виступати в ролі холодильника. Вчені вважають, що в майбутньому елементи Пельтьє нового типу, більш ефективні і менш дорогі, ніж нинішні, зможуть замінити компресор і газову систему з фреоном в звичайних побутових холодильниках.
Повернемося до створеного мініатюрному холодильника. Це пристрій був створений з двох досить звичайних напівпровідникових матеріалів – з телуриду вісмуту і телуриду сурми-вісмуту. Тонкі плівки цих матеріалів були отримані таким же способом, як і перші зразки графена. Вчені приклеїли звичайний скотч до поверхні кристалів і після відділення скотча від кристала на його поверхні були знайдені “пластівці” матеріалу умовно одноатомної товщини. Пізніше цим пластівців була додана відповідна форма і вони були “складені” в пакет, товщиною всього 100 нанометрів. Повний активний обсяг структури термоелектричного охолоджувача не перевищує одного кубічного мікрометра і, природно, його неможливо побачити неозброєним поглядом.
В даний час каліфорнійські вчені займаються пошуками альтернативних варіантів напівпровідникових матеріалів, використання яких дозволить кардинально збільшити ефективність цих мікрохолодильників. Перші експерименти з такими пристроями показали дуже високу швидкість їх реакції, яка є наслідком їх малої маси. При включенні такого елемента він починає холодити відразу ж, з самої мінімальною затримкою, в мільйон разів швидше, ніж аналогічний холодильник об’ємом в один кубічний міліметр.
Така властивість відкриває чималі перспективи для застосування таких мініатюрних охолоджувальних пристроїв. У майбутньому, цілком імовірно, велика кількість подібних пристроїв може бути вміщено прямо на кристали напівпровідникових чіпів, динамічно змінюючи ступінь охолодження (кількості вироблюваного ними холоду) в залежності від поточного значення навантаження на логічні схеми цього чіпа. Джерело