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El equipo de la UM modific\u00f3 un fotodiodo infrarrojo del tama\u00f1o de un grano de arroz, que se muestra en esta imagen de microscopio electr\u00f3nico. Alisaron su superficie para que pudieran colocarla cerca de un calor\u00edmetro hecho a medida, solo 55 nan\u00f3metros (0,000055 mil\u00edmetros) entre ellos. Las mediciones del calor\u00edmetro mostraron que el fotodiodo, cuando se conecta con los electrodos invertidos, se comportaba como si estuviera a una temperatura m\u00e1s baja y enfriaba el calor\u00edmetro<\/strong><\/p><\/div>\n

El enfoque podr\u00eda llevar a una nueva tecnolog\u00eda de refrigeraci\u00f3n de estado s\u00f3lido para microprocesadores futuros, que tendr\u00e1 tantos transistores empaquetados en un espacio peque\u00f1o que los m\u00e9todos actuales no pueden eliminar el calor lo suficientemente r\u00e1pido.<\/p>\n

\u00abHemos demostrado un segundo m\u00e9todo para usar los fotones para enfriar los dispositivos\u00bb, dijo Pramod Reddy, quien dirigi\u00f3 el trabajo junto con Edgar Meyhofer, ambos profesores de ingenier\u00eda mec\u00e1nica.<\/p>\n

El primero, conocido en el campo como el enfriamiento por l\u00e1ser, se basa en el trabajo fundacional de Arthur Ashkin, quien comparti\u00f3 el Premio Nobel de F\u00edsica en 2018.<\/p>\n

Los investigadores aprovecharon el potencial qu\u00edmico de la radiaci\u00f3n t\u00e9rmica, un concepto que se usa m\u00e1s com\u00fanmente para explicar, por ejemplo, c\u00f3mo funciona una bater\u00eda.<\/p>\n

\u00abIncluso hoy, muchos asumen que el potencial qu\u00edmico de la radiaci\u00f3n es cero\u00bb, dijo Meyhofer. \u00abPero el trabajo te\u00f3rico que se remonta a la d\u00e9cada de 1980 sugiere que bajo ciertas condiciones, este no es el caso\u00bb.<\/p>\n

El potencial qu\u00edmico en una bater\u00eda, por ejemplo, impulsa una corriente el\u00e9ctrica cuando se coloca en un dispositivo. Dentro de la bater\u00eda, los iones met\u00e1licos quieren fluir al otro lado porque pueden deshacerse de parte de la energ\u00eda (energ\u00eda potencial qu\u00edmica<\/a>) y nosotros utilizamos esa energ\u00eda como electricidad. La radiaci\u00f3n electromagn\u00e9tica, incluida la luz visible y la radiaci\u00f3n t\u00e9rmica infrarroja, por lo general no tiene este tipo de potencial.<\/p>\n

\u00abPor lo general, para la radiaci\u00f3n t\u00e9rmica, la intensidad solo depende de la temperatura, pero en realidad tenemos un interruptor adicional para controlar esta radiaci\u00f3n, lo que hace posible el enfriamiento que investigamos\u00bb, dijo Linxiao Zhu, investigadora en ingenier\u00eda mec\u00e1nica y autora principal del trabajo de investigaci\u00f3n.<\/p>\n

Ese interruptor es el\u00e9ctrico. En teor\u00eda, revertir las conexiones el\u00e9ctricas positivas y negativas en un LED infrarrojo no solo evitar\u00e1 que emita luz, sino que suprimir\u00e1 la radiaci\u00f3n t\u00e9rmica que deber\u00eda estar produciendo, solo porque est\u00e1 a temperatura ambiente.<\/p>\n

\u00abEl LED, con este truco de polarizaci\u00f3n inversa, se comporta como si estuviera a una temperatura m\u00e1s baja\u00bb, dijo Reddy.<\/p>\n

Sin embargo, medir este enfriamiento, y probar que algo interesante sucedi\u00f3, es terriblemente complicado.<\/p>\n

Para obtener suficiente luz infrarroja para que fluya desde un objeto al LED, los dos tendr\u00edan que estar muy juntos, menos que una sola longitud de onda de luz infrarroja. Esto es necesario para aprovechar los efectos de \u00abcampo cercano\u00bb o \u00abacoplamiento evanescente\u00bb, que permiten que m\u00e1s fotones infrarrojos, o part\u00edculas de luz, crucen desde el objeto para dentro del LED.<\/p>\n

Reddy y el equipo de Meyhofer ten\u00edan una ventaja, porque ya hab\u00edan estado calentando y enfriando dispositivos a nanoescala, organiz\u00e1ndolos de modo que estuvieran separados solo por unas pocas decenas de nan\u00f3metros, o menos de una mil\u00e9sima del grosor de un cabello. En esta proximidad, un fot\u00f3n que no habr\u00eda escapado del objeto a enfriar puede pasar al LED, casi como si no existiera la brecha entre ellos. Y el equipo tuvo acceso a un laboratorio de vibraciones ultra bajas donde las mediciones de objetos separados por nan\u00f3metros se vuelven factibles porque las vibraciones, como las de alguien caminando en el edificio, se reducen dr\u00e1sticamente.<\/p>\n

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El grupo prob\u00f3 el principio construyendo un calor\u00edmetro min\u00fasculo, que es un dispositivo que mide los cambios en la energ\u00eda, y coloc\u00e1ndolo junto a un peque\u00f1o LED del tama\u00f1o de un grano de arroz. Estos dos emit\u00edan y recib\u00edan fotones t\u00e9rmicos entre s\u00ed y de otras partes de sus entornos.<\/p>\n

\u00abCualquier objeto que se encuentre a temperatura ambiente est\u00e1 emitiendo luz. Una c\u00e1mara de visi\u00f3n nocturna, b\u00e1sicamente, est\u00e1 capturando la luz infrarroja que proviene de un cuerpo c\u00e1lido\u00bb, dijo Meyhofer.<\/p>\n

Pero una vez que el LED fue polarizado en inversa, comenz\u00f3 a actuar como un objeto de muy baja temperatura, absorbiendo fotones del calor\u00edmetro. Al mismo tiempo, la brecha evita que el calor vuelva al calor\u00edmetro por medio de conducci\u00f3n, lo que produce un efecto de enfriamiento.<\/p>\n

El equipo demostr\u00f3 un enfriamiento de 6 vatios por metro cuadrado. Te\u00f3ricamente, este efecto podr\u00eda producir un enfriamiento equivalente a 1.000 vatios por metro cuadrado, o alrededor del poder de la luz solar sobre la superficie de la Tierra.
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