Un laser pour refroidir les semiconducteurs

Des chercheurs danois du groupe Quantop de l’université Niels Bohr située à Copenhague ont mis au point une technique de refroidissement d’une membrane semi-conductrice grâce à l’utilisation de laser.

Du quantique au macroscopique

Souvent associé à la chaleur, le laser peut être utilisé pour le refroidissement. Au niveau atomique, c’est l’absorption d’énergie et l’excitation d’un atome qui sont au centre de la technique. L’absorption d’énergie se fait grâce à l’interaction matière rayonnement, où des photons en provenance d’un laser entrent en collision avec l’atome.

Au niveau atomique, le refroidissement par laser (utilisation de deux faisceaux) permet de refroidir les atomes d’un gaz par piégeage. Plusieurs techniques sont employées dont celle par effet Doppler. Les températures des atomes se rapprochent dès lors du zéro absolu (0 Kelvin ou encore -273 degrés Celsius). La technique est employée dans les horloges atomiques, elles-mêmes utilisées pour le bon fonctionnement des systèmes de géolocalisation (GLONASS et GPS).

Une membrane en arsenic de gallium permettant la résonance

Au niveau quantique, les deux lasers ont des fréquences de résonance réglées juste en dessous de celle de l’atome. La technique réside dans cette résonance. Les chercheurs danois ont tenté de la porter de l’atome à la matière dans son ensemble.

Pour ce faire, depuis 2009, ils ont développé une membrane en Arsenic de Gallium et ont étudié les dimensions optimales pour procéder au refroidissement par laser sur l’ensemble de cette membrane. Celle-ci offre une surface de plus d’un millimètre carré et une épaisseur de 160 manomètres. Ce sont les deux nombres d’or qui garantissent l’effet. Le refroidissement laser s’opère alors et la membrane atteint dès lors la température de -269 degrés Celsius.

Les applications sont nombreuses puisque la technique pourrait servir à refroidir les composants d’ordinateurs quantiques, ou bien encore ouvrir la voie au développement de nouveaux capteurs électriques ou électromécaniques et à des applications dans le domaine du refroidissement cryogénique.

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