По-новому взглянув на устаревшую термоэлектрическую технологию, ученые из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA) разработали крошечное микроскопическое охлаждающее устройство, которое они описывают как «самый маленький холодильник в мире».
Создан самый маленький «холодильник» в мире

Термоэлектрические устройства состоят из пары полупроводников, помещенных между металлизированными пластинами, и работают, используя разницу температур между двумя сторонами для производства электричества. Космический корабль NASA «Вояджер» применяет этот принцип для питания своих научных приборов, в которых используются термоэлектрические устройства, необходимые для генерирования тепла плутонием и питания всей системы.

В поисках более повседневных приложений данной методики ученые экспериментируют с технологией в надежде разработать целый ряд полезных устройств. Среди них, к примеру, браслеты, подзаряжающие умные часы, или термоэлектрическая краска, которая генерирует электричество практически из любого источника тепла.

Авторы нового исследования пытаются использовать термоэлектрический принцип несколько иначе. Помимо выработки электроэнергии, эти устройства могут работать и в обратном направлении. Когда к устройству подается электрический ток, одна сторона становится горячей, а другая — холодной, что позволяет ему работать в качестве термоэлектрической системы охлаждения.

Крошечный охладитель, разработанный командой UCLA, состоит из двух полупроводниковых материалов: теллурида висмута и теллурида сурьмы-висмута. Наклеив на материалы обычный скотч, а затем отлепив его, ученые смогли получить монокристаллические чешуйки, которые они использовали для создания термоэлектрических устройств толщиной всего 100 нанометров (около одной десятимиллионной метра).

Можно увидеть, как в месте наложения двух полупроводниковых материалов крошечного устройства образуется капля (зеленая), что свидетельствует о его охлаждающем эффекте:

Схема работы устройства UCLA/Regan Group Схема работы устройства Можно увидеть, как капля (зеленая) образуется там, где два полупроводниковых материала крошечного устройства перекрываются, что свидетельствует об его охлаждающем эффекте

«Мы побили рекорд самого маленького термоэлектрического холодильника в мире более чем в десять тысяч раз», — заявляет Синь И Лин, один из авторов статьи.

Но крохотный «холодильник» — это не просто изобретение ради доказательства гипотезы. К преимуществам термоэлектрических охлаждающих устройств можно отнести их надежность из-за отсутствия движущихся частей и компактные размеры. Однако в настоящее время они не вырабатывают достаточно электроэнергии и не поддерживают температуру в холодильнике, чтобы их можно было использовать в более крупных масштабах.

Изучая это явление в наномасштабе, ученые надеются лучше понять действующую физику, а затем применить полученные уроки к разработке более крупных устройств. Одна уловка, которую они захотят позаимствовать у своего крошечного холодильника, — это его уникальная способность производить охлаждающий эффект почти мгновенно.