近日，新加坡南洋理工大學熊啟華（huá）教授領導的（de）科研小組首次證明：利用激光可（kě）使半導（dǎo）體的（de）溫度（dù）從室溫冷卻到零下20攝氏度。這一（yī）突破性的科研成果有望在電（diàn）子和光電子器件上直接實（shí）現集成全固態、緊湊、無振動、無（wú）冷卻劑的光學製冷器，相關元件可應用（yòng）於航天器高（gāo）靈敏探測器、紅外夜（yè）視儀和電腦芯片等（děng）。相關論文發表在最近一期《自然》上。

      激光冷卻（què）固體也被稱之為（wéi）光學冰箱，其概念早在1929年就由德國（guó）物理學（xué）家彼得?普（pǔ）林（lín）斯海姆提出。20年後，法國物理學家卡斯特勒（Kastler）等人就提出稀土摻雜的固體材（cái）料可能具有激光製冷的潛力。後來科學家有諸多失敗的（de）嚐試（shì），固體材料的激光製冷直到1995年才第一次被美國洛斯阿（ā）拉莫斯國家實驗室觀察到。他們用波長為1010納米（mǐ）的激光照射稀土釔摻（chān）雜的玻璃，使得物體的溫度降低了0.3攝氏度（dù）。經過多年（nián）的努力，他們在2011年（nián）用波長為1020納米的激光成功的將摻鐿（yì）氟化釔鋰晶體的（de）溫度從室溫降到零下160攝氏度。這一製冷紀錄已經超越基於半導體（tǐ）溫差電效應的製冷器件，但是也達到（dào）了（le）稀土摻雜材料的最低（dī）冷卻極限。

      由於（yú）半導體材料獨特的（de）物理性質，理論上它具（jù）有更大冷卻效率和低達（dá）零下260攝氏度的冷卻極（jí）限。這一溫度可以（yǐ）替代幾乎所有（yǒu）的冷卻劑，包括超（chāo）導體必須的冷卻劑液氦。半（bàn）導體材（cái）料能夠很容易的集成在一起，因此被認為是下一代（dài）光學製冷器（qì）的候選材料。然而，長久以來研究者雖然在III-V族（zú）半導體材料如砷化镓進行了理論和實驗上地廣泛的研究（jiū），但由於這種材料低的（de）電子和聲子耦合效率和高的熒光光子再吸（xī）收效應，使得人們（men）一直沒有得到真正地實現（xiàn）激光冷卻。

      熊啟華教授領導的科研組成員張俊博士和博士生李德慧利（lì）用一種II-VI族半導體納米材料－硫化鎘納米帶，用波長為514納米（mǐ）的綠色激光成功（gōng）的將其溫度從零上20攝氏度（dù）降低到零下20攝氏度；同（tóng）時他們還證（zhèng）明即使在低溫零下173攝氏度（dù），仍然可以用532納米的激光將半導體（tǐ）硫化鎘納米帶的溫度降低（dī）約15攝氏度。

      研（yán）究人員認為有兩點可（kě）以解釋（shì）實驗的成功：第一是得益於硫化鎘半導體具有很強的電子和聲子的耦合作用，在激光激發下每個（gè）光子可以共（gòng）振地湮滅（miè）一（yī）個甚至多個聲子而（ér）更加有效（xiào）地帶走硫化（huà）鎘納米帶的熱能；第（dì）二是實（shí）驗中用到的納米帶的厚度小（xiǎo）於帶內傳播熒光光子的半個波長，從而使得帶走多餘熱能的高能熒光（guāng）幾乎百分之百的逃離納米帶而不會（huì）發（fā）生再吸收。

      熊（xióng）啟華說：“這一成果開辟了一個探索半導（dǎo）體光學冰箱新的方向，即尋（xún）找具有強電子聲子耦（ǒu）合（hé）的半導體材料。”（董映璧）