W toku prowadzonych badań zespół naukowców ustalił, iż tzw. kropki kwantowe mogą się chłodzić w procesie, w którym światło o niskiej częstotliwości zamieniane jest na fotony o wyższej energii, które następnie emitowane są z układu. Proces ten może się wydawać kontrintuicyjny. Wynika to z tego, że zdaje się on przeczyć fizyce klasycznej, z którą mamy do czynienia na co dzień. Co jednak ciekawe, jest on całkowicie zgodny z zasadami współczesnej mechaniki kwantowej.
Czytaj także: Sądzili, że to niemożliwe. Niespodziewane zachowanie nadprzewodnika udowodnione
Kiedy światło oddziałuje z półprzewodnikami, generuje ekscytony — pary elektronów i dodatnio naładowanych „dziur”. Te ekscytony stanowią podstawę technologii, takich jak ogniwa fotowoltaiczne, zamieniając światło na energię elektryczną. Co jednak ciekawe, w określonych warunkach ekscytony ulegają rekombinacji i odprowadzają energię z układu w postaci światła. Jeśli jednak na określonej przestrzeni zgromadzi się za dużo ekscytonów, wystąpi zjawisko rekombinacji Augera, w którym zamiast światła widzialnego wytworzy się ciepło, które z kolei półprzewodnik będzie ogrzewało.
Zespół Yamady zbadał antystokesowską fotoluminescencję, w której energia wibracyjna z sieci krystalicznej półprzewodnika wzmacnia ekscytony, umożliwiając im emitowanie fotonów o wyższej energii. Ten proces usuwa ciepło z układu.
Tutaj jednak jest pewien problem. Fotoluminescencja antystokesowska, która chłodzi nadprzewodnik, ma niewielką wydajność. Co więcej, opisana wyżej rekombinacja Augera prowadzi do ogrzewania tego samego nadprzewodnika. Pojawia się tutaj kwestia osiągnięcia pewnego złotego środka, w którym efektem netto jest chłodzenie. Do tego jednak jest potrzebny odpowiedni materiał. Tutaj właśnie pojawiają się kropki kwantowe, które charakteryzują się łatwością emisji. Ich wadą jednak jest degradacja pod wpływem powietrza. Z tego też powodu naukowcy postanowili przyjrzeć się kropkom kwantowym uwięzionym w kryształach.
Czytaj także: Mamy jednak nadprzewodnik w temperaturze (prawie) pokojowej? Sensacyjne doniesienia z Chin
W toku badań naukowcy przyjrzeli się kryształom perowskitów, które coraz częściej są wykorzystywane chociażby w fotowoltaice. Liczne testy pozwoliły naukowcom tak zoptymalizować układ, że oświetlenie kryształów pozwoliło obniżyć temperaturę nadprzewodnika aż o 9 stopni Celsjusza. To zdumiewające osiągnięcie, jeżeli zważymy na fakt, iż naukowcy podejrzewali, że nie da się obniżyć temperatury o więcej niż 1°C.
Można założyć, że w najbliższych latach naukowcy będą starali się wykorzystać te unikalne właściwości w urządzeniach elektronicznych. Nie zmienia to faktu, że raczej technologia ta będzie zarezerwowane do pojedynczych specyficznych zastosowań ze względu na swoje ograniczenia. Warto jednak zapamiętać, że co do zasady światło ogrzewa materię, ale od tej zasady są wyjątki.