"Vi har gjort världens minsta kylskåp", säger Chris Regan, huvudförfattare till den nya artikeln.
Men forskare förklarar att dessa småenheterna är inte kylskåp i vanlig mening - det finns inga dörrar eller behållare. Men i större skala används samma teknik för att kyla datorer och andra elektroniska enheter, såväl som för att reglera temperaturer i fiberoptiska nätverk och för att minska ”bildbrus” i avancerade teleskop och digitalkameror.
Dessa enheter, skapade genom att placera tvåolika halvledare mellan metalliserade plattor fungerar på två sätt. Vid uppvärmning blir ena sidan varm medan den andra förblir sval; denna temperaturskillnad kan användas för att generera el. I framtiden kan liknande enheter användas för att fånga upp värme från bilens avgaser för att driva dess luftkonditionering.
Men denna process kan också startas i omvänd ordningriktning. När elektrisk ström matas till enheten blir den ena sidan varm och den andra kall, vilket gör att den kan fungera som en kylanordning. Denna avancerade teknik kan en dag ersätta ångkomprimeringssystemet i ett riktigt kylskåp och hålla till exempel läsk kall i verkligheten.
En standard termoelektrisk anordning bestående av två halvledarmaterial inklämda mellan metalliserade plattor. Upphovsman: Wikimedia Commons.
Att skapa dina egna termoelektriska kylareRegans team, som inkluderade sex UCLA-studenter, använde två vanliga halvledarmaterial: vismut tellurid och antimon-vismut tellurid. De fäste vanligt tejp på bitar av vanligt bulkmaterial, tog bort det och tog sedan bort tunna enkelsträngade flingor från materialet som fortfarande fästes på tejpen. Från dessa flingor gjorde de funktionella enheter endast 100 nanometer tjocka och med en total aktiv volym på cirka 1 kubik mikrometer, osynliga för blotta ögat.
”Vi har slog rekordet för de minstatermoelektriska kylskåp i världen mer än tiotusen gånger, "- säger Xin Yi Lin, en av författarna till artikeln och en tidigare student från Reagan-forskargruppen.
Fokus på nanostrukturer -enheter med minst en storlek i intervallet 1 till 100 nanometer - Regan och hans team hoppas kunna upptäcka nya sätt att syntetisera effektivare bulkmaterial.
Ett annat kännetecken för det "kylskåp" i nanostorlek är att det kan reagera nästan direkt.
"När vi förstår hur termoelektriska kylare fungerar på atom- och atomenivåerna", förklarar Regan, "kan vi skala till makronivån, där det finns ännu större nytta."
Detta är en bild som erhålls med hjälp avelektronmikroskop, visar två halvledarkylare - en flinga av vismuttellurid och en av antimon-vismuttellurid - överlappande i ett mörkt område i mitten där det mesta av kylningen sker. Små "prickar" — det här är indiumnanopartiklar som teamet använde som termometrar. Kredit: UCLA/Regan Group.
Att mäta temperaturen i så litenenheter är inte en lätt uppgift. Optiska termometrar har låg upplösning vid sådana små skalor, medan skanningssondmetoder kräver specialdyr utrustning. Båda metoderna kräver noggrann kalibrering. Regan berömde sina forskarstuderares arbete med att utveckla och mäta prestanda för nanoskalanordningar.
Läs också
I ekosystemens era: hur IT-jättar förvandlas till gränssnitt för vår vardag
Doomsday-glaciären visade sig vara farligare än forskare trodde. Vi berättar det viktigaste
GitHub har ersatt termen "master" med en neutral motsvarighet