La técnica utiliza cuasi-partículas llamadas "polaritones" para eliminar el calor de vibración de un pequeño trozo semiconductor, el que, a diferencia de los sistemas de enfriamiento óptico anteriores, funciona a temperaturas muy bajas. El esquema podría proporcionar una nueva forma de enfriamiento a dispositivos electrónicos muy pequeños, así como dar a los físicos un enfoque alternativo para estudiar el transporte del calor.
Esta nueva técnica de refrigeración se basa en la "anti-Stokes fluorescence" (ASF), que ya ha sido utilizada con limitado éxito para enfriar sólidos. En el caso de un semiconductor, se utiliza un láser para crear un par electrón-hueco, denominado "excitón", en el material, que luego absorbe una o más vibraciones térmicas (fonones). El excitón decae en un fotón que lleva consigo la energía térmica.
Los físicos han sido capaces de utilizar ASF para enfriar un semiconductor de temperatura ambiente a 260 K - una diferencia de alrededor de 30 K. Lo más difícil de lograr es enfriar a pesar de los defectos en el semiconductor que provocan que algunos excitones decaigan y vuelvan el calor al material a través de múltiples fonones. Aquí, la luz láser calienta el material en lugar de enfriarlo.
La nueva variante de ASF consigue superar este problema mediante el uso de “polaritones”, los cuales se forman cuando los fotones interactúan fuertemente con excitones. La técnica consiste en encerrar los polaritones dentro de una microcavidad semiconductora, que es esencialmente un material semiconductor colocado entre dos espejos semi-transparentes. Este confinamiento impone un mínimo de energía no-cero en el polariton, lo que significa que no puede decaer a través de solo fonones.
Otro beneficio importante del esquema es que polaritones interactúan fuertemente con fonones térmicos y polaritones que son capaces de absorber los fonones en una amplia gama de energías. Esto incluye energías muy bajas, lo que significa que la técnica debe trabajar a temperaturas muy bajas.
Si bien los investigadores admiten que la construcción de un sistema de refrigeración práctico basado en polaritones es aún un reto tecnológico, han hecho mediciones preliminares que sugieren que la técnica debería funcionar en principio.
El experimento ha sido liderado por Maxime Richard y sus colegas de las Universidades Grenoble, Francia, y Bremen, de Alemania. El reporte científico ha sido publicado en la revista PHYSICAL REVIEW LETTERS.