يبرد زجاج الكوارتز بالليزر لتسجيل الحجم

نجح فريق من الباحثين من معهد فراونهوفر للبصريات التطبيقية والهندسة الدقيقة في ألمانيا وجامعة نيو مكسيكو في الولايات المتحدة في تبريد زجاج الكوارتز بمقدار 67 كلفن من درجة حرارة الغرفة لأول مرة عن طريق التبريد بالليزر. تم نشر نتائج البحث في العدد الأخير من مجلة Optics Express.
عادة ما يربط الناس الليزر بتسخين المواد، مثل القطع والحفر واللحام وأداء الأعمال الدقيقة على الأجسام المعدنية أو الحجرية. ولكن في حالات محددة، يمكن أيضًا تبريد المواد بواسطة إشعاع الليزر، مثل تبريد الغازات بواسطة دوبلر. ومع ذلك، يمكن لإشعاع الليزر أيضًا تبريد المواد الصلبة.
عن طريق ما يسمى بالتبريد الفلوري المضاد لستوكس، يصبح هذا التأثير المعاكس للحرارة الباردة ممكنًا. في هذه العملية، يتم إثارة مادة خاصة عالية النقاء بواسطة إشعاع الليزر. بسبب اختلاف الطاقة بين ضوء الليزر والإشعاع المنبعث من المادة (أي الفلورة)، يسحب الليزر الطاقة من المادة على شكل حرارة ويتم تبريد المادة.
لسنوات عديدة، كان تبريد زجاج الكوارتز بالليزر أمرًا مستحيلًا. ولكن في 2019، أظهر الفريق لأول مرة أنه يمكن تبريد زجاج الكوارتز المغطى بالإيتربيوم (Yb) بواسطة الليزر. وفي ذلك الوقت، كان من الممكن تبريده بمقدار 0.7 كلفن فقط من درجة حرارة الغرفة. ولتجاوز حد التبريد السابق، قاموا بتحسين عملية تحضير المادة المخدرة.
ونتيجة لذلك، حقق الفريق تبريدًا قياسيًا جديدًا: من خلال إشعاع قضبان كوارتز مشبعة بالإيتربيوم من خلال ليزر بقوة 97 واط وطول موجة يبلغ 1032 نانومتر، تم تخفيض درجة الحرارة بمقدار 67 كلفن عن درجة حرارة الغرفة.
يمكن أن يساهم هذا التقدم الجديد في التطوير المستقبلي لأشعة ليزر مستقرة للغاية ومكبرات صوت منخفضة الضوضاء لإجراء قياسات دقيقة أو تجارب كمومية. بالإضافة إلى ذلك، يمكن للعملية المحسنة أن تقدم تبريدًا خاليًا من الاهتزازات، والذي يمكن أن يكون مفيدًا في تحليل المواد والتشخيص الطبي بمساعدة الفحص المجهري المبرد والتحليل الطيفي لطاقة جاما.
المادة لها أيضًا استخدامات محتملة في الألياف. وفي المستقبل، يمكن استخدام العملية الجديدة لتطوير ليزر ألياف عالي الأداء يتغلب على مساوئ عدم الاستقرار الحراري.