1立方微米！世界最小量子冰箱問世，不久未來或有廣泛應用
2020-09-24 徐德文科學頻道
蟻人進入量子領域救人，時間一分一秒過去，人沒找到，口卻渴了，怎麼辦？要放以前，肯定什麼辦法也沒有，只有乾渴著，回到宏觀世界再說。現在好了，加州大學洛杉磯分校物理學教授克裡斯·雷根（Chris Regan）領導的團隊,已經研發出了一種世界上最小的冰箱，蟻人可以隨身攜帶一臺，裝入冰淇淋冰鎮可樂什麼的，在量子世界想吃就吃，想喝就喝了。
量子世界的冰箱？你一定在想自己是不是看錯了。沒錯，這個冰箱確實只能在量子領域使用，因為它的尺寸只有100納米，容積只有1立方微米。
容積1立方微米？這是一個什麼概念？根據科學家們的說法，人類指甲的生長速度達到了每秒鐘5000多立方微米，所以如果你的手指是在生產這種冰箱的話，一秒鐘就可以製造5000多臺。
你一定很好奇，如此小的冰箱，連肉眼都無法看到，要用什麼高精尖的技術才做得出來啊？不上一臺和光刻機差不多的設備，恐怕是難以勝任的吧？
其實你是有些想多了，研究人員買來普通的透明膠帶，用它們去粘兩種熱電材料——碲化鉍和銻-碲化鉍，然後將粘膠上的單晶薄片剝下來，就組合成了這種微型冰箱。
微型冰箱充分利用了熱電材料的特性。加熱的時候這種材料可以產生電能，這個原理40多年前就被美國宇航局用在旅行者號飛船上，現在已飛出了太陽系；通電的時候，則會讓材料的一邊變熱，一邊變冷，從而用於製作冷卻器或冰箱——一些飲水機就用了這種製冷裝置。
冰箱倒是製造出來了，怎麼知道它起作用了，把裡面的溫度降低了呢？雷根的團隊為此又專門開發了一種名為等離子體能量膨脹（PEET）的測溫技術，使用透射電子顯微鏡測量納米尺度物質的密度變化來確定其溫度。
在這個實驗中，研究人員將銦元素製成的納米顆粒放入納米冰箱中，並選擇其中一個特定的粒子作為他們的溫度計。當團隊改變制冷機的功率，讓設備加熱或冷卻的時候，銦粒子也會相應膨脹和收縮。通過透射電子顯微鏡測量銦的密度，研究人員就能夠精確測定納米顆粒的溫度，從而確定納米冰箱內部的溫度。
雷根教授對這臺微型冰箱非常滿意，稱自己和學生們製造了世界上最小的冰箱，看著大家的研究和創新，他對熱電材料的未來充滿了希望。
那麼這個冰箱究竟有什麼作用呢？雷根認為，這種冷卻器可用於計算機和其他電子設備冷卻，調節光纖網絡中的溫度並減少高端望遠鏡和數位相機中的圖像「噪聲」，在電子領域有著非常廣闊的前景，不久未來或獲得巨大的回報。
這項研究9月14日發表在《ACS Nano》雜誌上。
論文：Electron-Transparent Thermoelectric Coolers Demonstrated with Nanoparticle and Condensation Thermometry
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