První ochlazení běžné kapaliny laserem v historii
Většinou jsme svědky toho, že vystavíme-li nějakou látku světelnému záření, látka se vlivem pohlcování záření zahřeje. Odborníkům z Washingtonské univerzity se však podařilo pomocí laseru přivodit pravý opak, tj. látku ochladit. Svoji práci popsali v časopise Proceedings of the National Academy of Sciences 16. listopadu 2015.
Vědci použili konkrétně infračervený laser, přičemž výsledkem bylo lokální ochlazení kapaliny (jmenovitě těžké vody) za běžných podmínek o 2,2 stupně Celsia oproti teplotě okolí, která byla větší než 10 stupňů Celsia. Cílem laseru v kapalině byl speciální nanokrystal yttrium lithium fluoridu (YLF). Tento materiál se sám o sobě používá v běžných laserech. Lokální ochlazení některých míst v nanokrystalu přitom činilo nejméně 21 stupňů Celsia. Nanokrystal byl právě nástrojem ochlazení, které se pak přeneslo do okolní kapaliny.
Motivací vědců byla budoucí laboratorní práce především s biologickými preparáty za běžných teplot, kdy bude třeba kontrolovat procesy v buňkách pomocí nastavování a udržování různých teplot v různých částech buňky. Pak by bylo možné některé procesy v buňkách podle potřeby tlumit, zpomalovat či naopak stimulovat a zrychlovat. Aplikací tohoto postupu však může být i řízené ochlazování některých míst v rámci mikroelektronických čipů či laserů samotných.
Proto byl také zvolen infračervený laser (zde pracující v kontinuálním režimu), jelikož laserové světlo s vlnovou délkou ve viditelném oboru spektra by mohlo buňky poškodit. V minulosti se již vědcům podařilo ochlazovat i větší krystaly za tzv. kryogenických teplot (kolem 90 Kelvinů) ve vakuu, ale tuto praxi by nebylo možno použít pro účely práce s živými biologickými vzorky ve fyziologickém prostředí.
Uvnitř nanokrystalů pak proběhl jakýsi “inverzní chod laserového mechanismu” Vědci zde vytvořili situaci, díky níž se nanokrystaly mohly zbavovat tepla vyzařováním převážně zeleného nelaserového světla, zatímco docházelo k cílenému kvantovému pohlcování tepla z okolí pomocí tzv. optických fononů, tedy speciálních energetických kvazičástic. V běžném laseru je naopak viditelné nelaserové světlo zdrojem energie na vstupu, zatímco energetickým výstupem může být laserové infračervené světlo a produkce odpadního tepla. Při ochlazování nanokrystalu se zároveň s teplotou jemně měnila barva vyzařovaného světla.
Vědci udrželi nanokrystal na přesném místě ozařovaném laserem díky optické pasti, kterou tvořily optické kleště mikroskopického charakteru, tj. optická analogie tažného paprsku.
Zdroje: Phys.Org, Futurism, ScienceDaily, University of Washington, Proceedings of the National Academy of Sciences
E-shop Českého rozhlasu
Hurvínek? A od Nepila? Teda taťuldo, to zírám...
Jan Kovařík, moderátor Českého rozhlasu Dvojka
3 x Hurvínkovy příhody
„Raději malé uměníčko dobře, nežli velké špatně.“ Josef Skupa, zakladatel Divadla Spejbla a Hurvínka
