在一項(xiàng)與物理學(xué)共同假設(shè)背道而馳的發(fā)現(xiàn)中，密歇根大學(xué)的研究人員運(yùn)行了一個(gè)電極被反轉(zhuǎn)的發(fā)光二極管（LED），以便冷卻另一個(gè)距離只有納米遠(yuǎn)的設(shè)備。

 

　　這種方法可能會(huì)為未來(lái)的微處理器提供新的固態(tài)冷卻技術(shù)，未來(lái)的微處理器將有眾多晶體管封裝在一個(gè)很小的空間內(nèi)，而目前的方法不能盡快地去除該設(shè)備內(nèi)部的熱量。

 

　　機(jī)械工程教授Pramod Reddy（該工作的共同帶領(lǐng)人，另一人為Edgar Meyhofer）表示：“我們已經(jīng)展示了使用光子來(lái)進(jìn)行設(shè)備冷卻的第二種方法。”該領(lǐng)域最早的方法是激光冷卻法，是根據(jù)Arthur Ashkin的基礎(chǔ)性工作進(jìn)行的，Arthur Ashkin獲得了2018年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的一半獎(jiǎng)金。

 

　　Pramod Reddy帶領(lǐng)的研究人員利用了熱輻射的化學(xué)潛力 - 這一概念更常用于解釋電池的工作原理。

 

　　Meyhofer表示：“即使在今天，許多人都認(rèn)為輻射的化學(xué)勢(shì)是零。但是追溯到20世紀(jì)80年代的理論工作表明，在某些情況下，情況并非如此。”例如，電池中的化學(xué)勢(shì)可以在放入設(shè)備時(shí)驅(qū)動(dòng)電流。在電池內(nèi)部，金屬離子會(huì)流向另一側(cè)，因?yàn)樗鼈兛梢詳[脫一些化學(xué)勢(shì)能 - 我們將這些能量用作電力。而包括可見(jiàn)光和紅外熱輻射的電磁輻射，通常不具有這種電勢(shì)。

 

　　機(jī)械工程研究員、研究的主要作者Linxiao Zhu表示：“對(duì)于熱輻射而言，輻射強(qiáng)度通常只取決于溫度，但我們實(shí)際上還有一個(gè)額外的旋鈕來(lái)控制這種輻射，這使得我們研究的冷卻方法成為可能。”而這個(gè)旋鈕是電動(dòng)的。理論上，逆轉(zhuǎn)紅外LED上的正負(fù)電連接不僅會(huì)阻止其發(fā)光，而且還會(huì)抑制它原本應(yīng)該產(chǎn)生的熱輻射，因?yàn)樗窃谑覝叵逻M(jìn)行的。

 

　　Reddy表示：“進(jìn)行了這種反向運(yùn)轉(zhuǎn)的LED，會(huì)表現(xiàn)得好像處于較低的溫度。”但是，對(duì)這種冷卻進(jìn)行測(cè)量，并進(jìn)行證明的過(guò)程是非常復(fù)雜的。

 

　　為了從某物體獲得足夠的紅外光而進(jìn)入LED，兩者必須非常接近 - 距離小于單一波長(zhǎng)的紅外光。這對(duì)于利用“近場(chǎng)”或“漸逝耦合”效應(yīng)是非常必要的，這樣才能使得更多的紅外光子或光粒子能夠從待冷卻的物體穿過(guò)進(jìn)入LED中。

 

　　Reddy和Meyhofer的團(tuán)隊(duì)目前在這方面有一定的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樗麄円呀?jīng)對(duì)納米級(jí)設(shè)備進(jìn)行了加熱和冷卻，并將它們安排到只有幾十納米的間隔 - 或不到千分之一的頭發(fā)寬度。在這種近距離下，一個(gè)不會(huì)從待冷卻物體逃逸的光子可以進(jìn)入LED，就好像它們之間的間隙不存在一樣。該團(tuán)隊(duì)還可以利用一個(gè)超低振動(dòng)實(shí)驗(yàn)室，在那里可以測(cè)量那些被納米分隔的物體，因?yàn)槟切┌ńㄖ镏衅渌说哪_步聲等振動(dòng)，會(huì)大大減少。

 

　　該小組通過(guò)構(gòu)建一個(gè)小型量熱計(jì)證明了這一原則，這是一種測(cè)量能量變化的裝置，并將其放在一個(gè)大小與一粒米大小相當(dāng)?shù)奈⑿蚅ED旁邊。這兩者隨后會(huì)不斷發(fā)射和接收來(lái)自彼此以及環(huán)境中其他地方的熱光子。

 

　　Meyhofer指出：“任何在室溫下的物體都會(huì)發(fā)光。而夜視攝像機(jī)可以捕捉來(lái)自溫暖物體的紅外光。”但是一旦LED被反向偏置，它就會(huì)開(kāi)始作為一個(gè)非常低溫的物體，吸收熱量計(jì)的光子。同時(shí)，間隙會(huì)防止熱量通過(guò)傳導(dǎo)返回?zé)崃坑?jì)，從而產(chǎn)生冷卻效果。

 

　　該團(tuán)隊(duì)展示了每平方米6瓦的冷卻效果。從理論上講，這種效應(yīng)可以產(chǎn)生相當(dāng)于每平方米1000瓦的冷卻，或者相當(dāng)于地球表面日照的能量。

 

　　對(duì)于未來(lái)的智能手機(jī)和其他計(jì)算機(jī)而言，這種發(fā)現(xiàn)或許會(huì)非常重要。隨著越來(lái)越小的設(shè)備開(kāi)始具有更強(qiáng)的計(jì)算能力，從微處理器中移除熱量開(kāi)始限制可以擠入給定空間的功率。而隨著這種新方法的效率和冷卻速率的提高，該團(tuán)隊(duì)期待這種現(xiàn)象可以成為一種快速?gòu)脑O(shè)備中的微處理器吸收熱量的方法，其甚至可以防止智能手機(jī)受到傷害，因?yàn)榧{米尺度的墊片可以充分將微處理器和LED實(shí)現(xiàn)分割。