Científicos de la Universidad Estatal de San Petersburgo (SPbGU) han propuesto un nuevo método para enfriar semiconductores, basado en la luminiscencia anti-Stokes. En lugar de disipar el calor con ventiladores y disipadores, el material mismo convierte la energía de las vibraciones atómicas en emisión de luz, enfriándose así. Este descubrimiento podría conducir a la creación de sistemas de enfriamiento silenciosos y compactos para procesadores, diodos láser y sensores ópticos.

En el centro del experimento hay una estructura "sándwich" de tres capas: una película central de arseniuro de galio de 14 nanómetros de espesor (5000 veces más delgada que un cabello) se coloca entre capas de galio, arsénico y aluminio. Esta construcción crea un pozo cuántico en el que el movimiento de electrones y huecos está restringido en una dirección, lo que permite formar resonancias excitónicas claras. Los excitones, estados ligados de un electrón y un hueco, desempeñan un papel clave en la interacción del material con la luz.

A temperaturas ultrabajas (alrededor de –269°C), los físicos irradiaron la estructura con un láser, excitando solo un tipo de excitones: aquellos con un hueco pesado. Sin embargo, en la luminiscencia de respuesta se registraron fotones de excitones con un hueco ligero, que requieren más energía. El sistema tomó la energía faltante de las vibraciones térmicas de la red cristalina, enfriando así el material.

Como explicó Roman Nazarov, ingeniero de investigación del Departamento de Fotónica de la SPbGU, la estructura crea varios "escalones" energéticos muy próximos para los excitones. La luz excitadora coloca el sistema en el escalón inferior, y las vibraciones térmicas de la red le ayudan a subir a un escalón más alto, después de lo cual el sistema emite un fotón más energético. Aunque el trabajo es de naturaleza fundamental, sus resultados sientan las bases físicas para futuras tecnologías en las que el exceso de calor podrá disiparse con luz, sin ventiladores ni sistemas de enfriamiento voluminosos. Esto es especialmente importante para los chips fotónicos, los láseres compactos y los sensores ópticos sensibles.