Предложен необычный метод охлаждения чипов с помощью светодиодов

Светодиоды могут охлаждать? Холодным синим светом, да. Конечно, это шутка. Но ведь в прошлом году Артур Эшкин получил Нобелевскую премию по физике за метод охлаждения с помощью лазера. Чем светодиод хуже? Группа учёных из Мичиганского университета решила поставить всё с ног на голову и воссоздала условия, в которых инфракрасный светодиод смог поглощать тепловое излучение от объекта и, тем самым, понижать его температуру.

Стенд для проведения опыта (Joseph Xu)

Несмотря на микроскопические размеры элементов измерительной установки (светодиод был размером с «рисовое зёрнышко», а калориметр для фиксации изменений энергии примерно в 10 раз меньше), испытательный стенд оказался довольно внушительным (см. фото выше). Проблема в том, что рабочая (поглощающая или излучающая) поверхность светодиода должна располагаться рядом с калориметром на расстоянии меньше дины волны излучения. В эксперименте зазор равен 55 нм, и помехой ему станут любые колебания вокруг установки ― шаги, вибрации в здании, другое. Необходимость в постоянном зазоре нужна для того, чтобы возник эффект ближнего поля или эванесцентного связывания, а также чтобы предотвратить возврат инфракрасных фотонов обратно в калориметр.

Калориметр с чувствительной областью 80 мкм (Linxiao Zhu)

Но главным открытием стало то, что светодиод необходимо включить с обратной полярностью. В таком случае он перестаёт излучать фотоны и, как оказалось, обратное включение полностью подавляет тепловое излучение светодиода. Более того, светодиод (теперь уже фотодиод) начинает поглощать инфракрасное излучение в виде потока фотонов от калориметра, что приборы фиксируют как охлаждение измерительного устройства.

Специально изготовленный модифицированный инфракрасный фотодиод (Linxiao Zhu)

Расчётная мощность охлаждения опытной установки достигает 6 Вт/м2. Теоретически такой метод может охлаждать до 1000 Вт/м2, что эквивалентно солнечному освещению квадратного метра земной поверхности. Если всё сложится как надо, предложенный метод отвода тепла когда-нибудь может стать хорошим решением для охлаждения процессоров в мобильных устройствах, которые становятся всё тоньше и мощнее.