Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
Учёные с помощью лазера впервые охладили жидкость
(фото Dennis Wise/University of Washington).

Инженеры, впервые использовавшие инфракрасный лазерный луч для охлаждения жидкостей
Учёные с помощью лазера впервые охладили жидкость
(фото Dennis Wise/University of Washington).

Когда нанокристаллы охлаждаются с помощью лазера, они испускают красновато-зелёное свечение, которое можно увидеть невооруженным глазом

Учёные с помощью лазера впервые охладили жидкость

Ключевые слова:  Proceedings of the National Academy of Sciences, Лазер, Охлаждение, периодика, Физика

Опубликовал(а):  Доронин Федор Александрович

25 ноября 2015

Первый лазер, прибор для усиления света посредством вынужденного излучения, был изобретен в 1960 году, и всегда был известен как инструмент, который вырабатывает тепловую энергию — либо в качестве рабочего инструмента, либо как побочный эффект работы, либо в кинематографе как оружие для победы над межгалактическими врагами. Однако концентрированные пучки света, испускаемые лазером, никогда не были в состоянии охлаждать жидкость.

Физики из Университета Вашингтона стали первыми, кто смог заставить лазер охлаждать воду и другие жидкости. Об открытии сообщается в пресс-релизе университета.

В исследовании, результаты которого будут опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (от ред. Paden B. Roder, Bennett E. Smith,Xuezhe Zhou, Matthew J. Crane, and Peter J. Pauzauskie Laser refrigeration of hydrothermal nanocrystals in physiological media), учёные использовали лазер, испускающий инфракрасный свет. С его помощью физики продемонстрировали совершенно новые свойства лазерного луча: он понизил температуру воды до 2,2 градуса по Цельсию.

Исследовательская группа создала установку, которая использовалась в качестве оптической ловушки. Внутри камеры с жидкостью лучами удерживался нанокристалл (цель). Освещая "охлаждающим" лазерным лучом микроскопический кристалл, взвешенный в воде, учёные заставляли последний генерировать излучение. Испускаемое свечение "забирало" у нанокристалла немного больше энергии, чем он получал от лазера. Благодаря этому процессу и сам кристалл, и окружающая его жидкость постепенно охлаждались.

Чтобы определить, охлаждается ли вода вокруг цели, приборы регистрировали тень нанокристалла. По мере того как жидкость теряет тепло, цель замедляет своё движение близ точки захвата в оптической ловушке. Наблюдая за малейшими изменениями в движении нанокристалла, физики смогли судить о падении температуры.

Исследователи также заставили кристалл менять свой цвет от голубовато-зелёного до красновато-зелёного по мере охлаждения. Этот эффект в дальнейшем можно будет использовать в качестве цветового индикатора температуры.

Физики США создавали свою установку с прицелом на работу с биологическими объектами, поэтому они выбрали для экспериментов именно инфракрасное излучение. Оно не вызывает "ожог" у клеток и прочих "живых" систем (в отличие от видимого света).

В ходе экспериментов учёные продемонстрировали, как созданный ими лазер может охладить солевой раствор и среду для культивирования клеток, которые обычно используются в генетических и молекулярных лабораторных опытах.

"Когда вы идете в кино смотреть "Звездные Войны", вы видите на экране, как лазерные бластеры в руках героев раскаляют и сжигают предметы. Мы же создали первый лазерный луч, который, наоборот, может охлаждать жидкость, такую как вода, в обычных повседневных условиях. Это нечто совершенно новое в науке", — рассказывает руководитель исследования Питер Паузовский (Peter J. Pauzauskie), доцент кафедры материаловедения и инженерии Университета Вашингтона.

Исследователи перечисляют множество областей, в которых может найти применение технология лазерного охлаждения. Например, микропроцессоры могут использовать лазерный луч для точечного охлаждения отдельных компонентов в компьютерных чипах, чтобы предотвратить их перегрев.

Биологи смогут использовать лазерный луч, чтобы целенаправленно охладить часть клетки во время того, как она делится, и отследить хромосомные изменения. Понижение температуры замедлит эти процессы, дав исследователям возможность увидеть детализированную картину происходящего.

Также можно остудить один нейрон — притормозить его деятельность, не повреждая, — чтобы увидеть, как соседи-нейроны будут обходиться без него и изменять свою работу.

"Используя технологию лазерного охлаждения, можно будет даже снять фильмы на тему "Замедленная жизнь в действии", — добавляет Паузовский. — А главное то, что вам не обязательно охлаждать всю клетку целиком, рискуя убить эту крошечную единицу жизни: достаточно будет направить луч на нужный участок".

Отметим, что, как правило, создание кристаллов для лазеров — так называемой активной среды, определяющей мощность лазера, — весьма дорогостоящий процесс, который требует много времени и может стоить больших денег.

Учёные Университета Вашингтона в ходе своего исследования показали, что для изготовления кристаллов для лазерных "холодильных установок" может быть использован гидротермальный синтез, который ускоряет и удешевляет производство, а также позволяет сделать его масштабируемым.

Пока команда исследователей Университета Вашингтона продемонстрировала эффект охлаждения только с одним нанокристаллом. В дальнейшем физики планируют начать тестирование технологии на нескольких кристаллах. Для этого потребуются лазеры большей мощности. Так как процесс лазерного охлаждения достаточно энергоёмкий, в будущем исследователи будут искать способы улучшения эффективности работы установки.

"Мы заинтересованы в идеях и предложениях других учёных или представителей сферы бизнеса, — отмечает Питер Паузовский, — для расширения области применения лазерного охлаждения с максимальной пользой для человечества".

Добавим, что процесс лазерного охлаждения впервые был продемонстрирован в условиях вакуума в Лос-Аламосской национальной лаборатории (LANL) в 1995 году, но прошло почти 20 лет до того момента, как учёные сумели наглядно продемонстрировать этот процесс в жидкостях


Источник: Вести. Наука



Комментарии
Палии Наталия Алексеевна, 25 ноября 2015 19:40 
почти 20 лет назад "Нобелевская премия по физике 1997 года присуждена группе исследователей - Стивену Чу, Уильяму Филипсу (США) и Клоду Коэн-Таннуджи (Франция) за работу по лазерному охлаждению атомов" -Подробнее см.: http://www.n...cles/10172/ (Наука и жизнь, НОБЕЛЕВСКИЕ ПРЕМИИ 1997 ГОДА. ОЧЕНЬ ХОЛОДНЫЕ АТОМЫ)
+ на официальном Нобелевском сайте http://www.n...eates/1997/
+ в разделе "Библиотека" НАНОМЕТРа видео "Постнаука.Выпуски: 262, 329, 334".

Известен эффект магнитного охлаждения. Фотон состоит из потоков отдельностей (квантов) электростатического и магнитного полей, фокусирующихся в динамический локус, "бегущий" по вектору распространения фотона. В данном случае, вероятно, магнитная составляющая фотонов ответственна за эффект охлаждения?
Палии Наталия Алексеевна, 27 ноября 2015 21:22 

Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Оксидные горы, пирохлорные берега
Оксидные горы, пирохлорные берега

На XXI Менделеевском съезде награждены выдающиеся ученые-химики
11 сентября 2019 года в Санкт-Петербурге на XXI Менделеевском съезде по общей и прикладной химии объявлены победители премии выдающимся российским ученым в области химии. Премия учреждена Российским химическим обществом им. Д.И.Менделеева совместно с компанией Elsevier с целью продвижения и популяризации науки, поощрения выдающихся ученых в области химии и наук о материалах.

Россия подала в ЮНЕСКО заявку на учреждение премии имени Менделеева для молодых ученых
Россия подала в ЮНЕСКО заявку на учреждение премии имени Менделеева для молодых ученых. Об этом премьер-министр РФ Дмитрий Медведев сообщил, открывая встречу с нобелевскими лауреатами, руководителями химических обществ, представителями международных и российских научных организаций.

Перст-дайджест
В новом выпуске бюллетеня «ПерсТ»: Синтез “перламутровых” нанокомпозитов с помощью бактерий. Оптомагнитный нейрон.Устойчивость азотных нанотрубок. Электронные характеристики допированных фуллереновых димеров.

Люди, создающие новые материалы: от поколения X до поколения Z
Е.В.Сидорова
Самые диковинные экспонаты научной выставки, организованной в Москве в честь Международного года Периодической таблицы химических элементов в феврале 2019 г., можно было рассмотреть только "вооруженным глазом»: Таблица Д.И.Менделеева размером 5.0 × 8.7 мкм и нанопортрет первооткрывателя периодического закона великолепно демонстрировали возможности динамической АСМ-литографии на сканирующем зондовом микроскопе. Миниатюрные произведения представили юные участники творческих конкурсов XII Всероссийкой олимпиады по нанотехнологиям, когда-то задуманной академиком Ю.Д.Третьяковым — основателем факультета наук о материалах (ФНМ) Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова. О том, как подобное взаимодействие со школьниками и студентами помогает сохранить своеобразие факультета и почему невозможно воплощать идею междисциплинарного естественнонаучного образования, относясь к обучению как к конвейеру, редактору журнала «Природа» рассказал заместитель декана ФНМ член-корреспондент РАН Е.А.Гудилин.

Как наночастицы применяются в медицине?
А. Звягин
В чем преимущества наночастиц? Как они помогают ученым в борьбе с раком? Биоинженер Андрей Звягин о наночастицах в химиотерапии, имиджинговых системах и борьбе с раком кожи.

Медицинская керамика: какими будут имплантаты будущего?
В.С. Комлев, Д. Распутина
Почему керамические изделия применяются в хирургии? Какие технологии используются для создания имплантатов? Материаловед Владимир Комлев о том, почему керамика используется в медицине, как на ее основе создаются имплантаты и какие перспективы у биоинженерии

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!

Опыт обучения в области нанотехнологического технопредпринимательства

В этом опросе мы просим поделиться опытом и Вашим отношением к нанотехнологическому технопредпринимательству и смежным областям. Заранее спасибо за Ваше неравнодушие!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.