在一項與物理學(xué)共同假設(shè)背道而馳的發(fā)現(xiàn)中，密歇根大學(xué)的研究人員運(yùn)行了一個電極被反轉(zhuǎn)的發(fā)光二極管(led)，以便冷卻另一個距離只有納米遠(yuǎn)的設(shè)備。

 

　　這種方法可能會為未來的微處理器提供新的固態(tài)冷卻技術(shù)，未來的微處理器將有眾多晶體管封裝在一個很小的空間內(nèi)，而目前的方法不能盡快地去除該設(shè)備內(nèi)部的熱量。

 

　　機(jī)械工程教授PramodReddy(該工作的共同帶領(lǐng)人，另一人為Edgar Meyhofer)表示：“我們已經(jīng)展示了使用光子來進(jìn)行設(shè)備冷卻的第二種方法。”該領(lǐng)域*早的方法是激光冷卻法，是根據(jù)Arthur Ashkin的基礎(chǔ)性工作進(jìn)行的，Arthur Ashkin獲得了2018年諾貝爾物理學(xué)獎的一半獎金。

 

　　Pramod Reddy帶領(lǐng)的研究人員利用了熱輻射的化學(xué)潛力-這一概念更常用于解釋電池的工作原理。

 

　　Meyhofer表示：“即使在今天，許多人都認(rèn)為輻射的化學(xué)勢是零。但是追溯到20世紀(jì)80年代的理論工作表明，在某些情況下，情況并非如此。”例如，電池中的化學(xué)勢可以在放入設(shè)備時驅(qū)動電流。在電池內(nèi)部，金屬離子會流向另一側(cè)，因為它們可以擺脫一些化學(xué)勢能-我們將這些能量用作電力。而包括可見光和紅外熱輻射的電磁輻射，通常不具有這種電勢。

 

　　機(jī)械工程研究員、研究的主要作者Linxiao Zhu表示：“對于熱輻射而言，輻射強(qiáng)度通常只取決于溫度，但我們實際上還有一個額外的旋鈕來控制這種輻射，這使得我們研究的冷卻方法成為可能。”而這個旋鈕是電動的。理論上，逆轉(zhuǎn)紅外led上的正負(fù)電連接不僅會阻止其發(fā)光，而且還會抑制它原本應(yīng)該產(chǎn)生的熱輻射，因為它是在室溫下進(jìn)行的。

 

　　Reddy表示：“進(jìn)行了這種反向運(yùn)轉(zhuǎn)的LED，會表現(xiàn)得好像處于較低的溫度。”但是，對這種冷卻進(jìn)行測量，并進(jìn)行證明的過程是非常復(fù)雜的。

 

　　為了從某物體獲得足夠的紅外光而進(jìn)入LED，兩者必須非常接近-距離小于單一波長的紅外光。這對于利用“近場”或“漸逝耦合”效應(yīng)是非常必要的，這樣才能使得更多的紅外光子或光粒子能夠從待冷卻的物體穿過進(jìn)入LED中。

 

　　Reddy和Meyhofer的團(tuán)隊目前在這方面有一定的優(yōu)勢，因為他們已經(jīng)對納米級設(shè)備進(jìn)行了加熱和冷卻，并將它們安排到只有幾十納米的間隔-或不到千分之一的頭發(fā)寬度。在這種近距離下，一個不會從待冷卻物體逃逸的光子可以進(jìn)入LED，就好像它們之間的間隙不存在一樣。該團(tuán)隊還可以利用一個超低振動實驗室，在那里可以測量那些被納米分隔的物體，因為那些包括建筑物中其他人的腳步聲等振動，會大大減少。

 

　　該小組通過構(gòu)建一個小型量熱計證明了這一原則，這是一種測量能量變化的裝置，并將其放在一個大小與一粒米大小相當(dāng)?shù)奈⑿蚅ED旁邊。這兩者隨后會不斷發(fā)射和接收來自彼此以及環(huán)境中其他地方的熱光子。

 

　　Meyhofer指出：“任何在室溫下的物體都會發(fā)光。而夜視攝像機(jī)可以捕捉來自溫暖物體的紅外光。”但是一旦LED被反向偏置，它就會開始作為一個非常低溫的物體，吸收熱量計的光子。同時，間隙會防止熱量通過傳導(dǎo)返回?zé)崃坑?，從而產(chǎn)生冷卻效果。

 

　　該團(tuán)隊展示了每平方米6瓦的冷卻效果。從理論上講，這種效應(yīng)可以產(chǎn)生相當(dāng)于每平方米1000瓦的冷卻，或者相當(dāng)于地球表面日照的能量。

 

　　對于未來的智能手機(jī)和其他計算機(jī)而言，這種發(fā)現(xiàn)或許會非常重要。隨著越來越小的設(shè)備開始具有更強(qiáng)的計算能力，從微處理器中移除熱量開始限制可以擠入給定空間的功率。而隨著這種新方法的效率和冷卻速率的提高，該團(tuán)隊期待這種現(xiàn)象可以成為一種快速從設(shè)備中的微處理器吸收熱量的方法，其甚至可以防止智能手機(jī)受到傷害，因為納米尺度的墊片可以充分將微處理器和LED實現(xiàn)分割。