I quantum dots hanno la capacità di raffreddarsi trasformando la luce a bassa energia in fotoni ad energia più alta, che vengono poi emessi. Questa innovativa idea, che sfida i principi della fisica classica, potrebbe rivoluzionare il modo in cui affrontiamo il raffreddamento senza la necessità di consumare energia attivamente per ridurre le temperature. Tuttavia, i risvolti economici di questa tecnologia sono ancora incerti, specialmente in un’epoca in cui la sostenibilità energetica è una priorità.
Spesso, i residenti di regioni dal clima caldo sono bombardati da pubblicità online di dispositivi di raffreddamento portatili che sembrano allettanti, ma che in realtà violano i principi fondamentali della termodinamica. La seconda legge della termodinamica, considerata una delle leggi più solide della fisica, stabilisce che il calore fluisce naturalmente da un corpo più caldo a uno più freddo, rendendo improbabile che un semplice ventilatore economico possa eludere questa legge.
Il Professor Yasuhiro Yamada dell’Università di Chiba ha condotto uno studio innovativo che sfrutta eccezioni alla fisica convenzionale per raffreddare i quantum dots e i cristalli circostanti in modo più efficiente del previsto. Utilizzando il fenomeno della fotoluminescenza anti-Stokes, il team di ricerca ha dimostrato che è possibile assorbire fotoni e rilasciarli ad energie superiori, rimuovendo calore dal sistema.
Nei semiconduttori, quando la luce incide su di essi, vengono generati eccitoni, ovvero coppie di elettroni e lacune cariche positivamente. In determinate condizioni, gli eccitoni possono ricombinarsi e rilasciare calore anziché produrre elettricità. Questo fenomeno, noto come ricombinazione di Auger, può causare il surriscaldamento del semiconduttore.
Tuttavia, sfruttando la fotoluminescenza anti-Stokes, che permette di rilasciare fotoni ad energia superiore a quella assorbita, è possibile rimuovere calore dal sistema. Nonostante l’efficienza di questo processo non sia del 100%, il team di Yamada ha dimostrato che è possibile ottenere un raffreddamento significativo se gestito correttamente.
Il team ha focalizzato la propria ricerca sui “quantum dots-in-crystals”, una struttura più stabile rispetto ai quantum dots tradizionali, che potrebbe superare le limitazioni legate alla stabilità e all’efficienza di emissione. Utilizzando cristalli di perovskite, noti per le loro proprietà fotovoltaiche, il team è riuscito a raffreddare un array di quantum dots a temperatura ambiente di 9 °C (16 °F), superando le aspettative precedenti.
Pur non raggiungendo temperature da frigorifero, questo risultato è significativo nel contesto delle ricerche precedenti che indicavano un limite di raffreddamento di 1 °C (1,8 °F). Le potenziali applicazioni di questa tecnologia potrebbero essere limitate a contesti altamente specializzati, ma rappresentano comunque un passo avanti nell’ambito del raffreddamento ottico.
Sebbene non sia realistico pensare di raffreddare un’intera stanza accendendo la luce, questa ricerca apre nuove prospettive nel campo del raffreddamento ottico. L’utilizzo della luce per il raffreddamento non è una novità, ma finora è stato principalmente impiegato per portare piccoli gruppi di atomi vicino allo zero assoluto, utilizzando tecniche laser non scalabili.
Lo studio condotto dal Professor Yamada e dal suo team è stato pubblicato su NanoLetters, confermando il potenziale di questa tecnologia innovativa nel settore della fisica dei semiconduttori e aprendo la strada a ulteriori sviluppi e applicazioni nel futuro.
Links:
