世界首次實現(xiàn)激光冷凍液體

　　   自1960年發(fā)明首個激光以來，激光一直用于加熱——無論是作為有效的工具、副產(chǎn)品或虛擬的方式來征服銀河系的敵人。

     但這些集中的光束從來都不能冷卻液體。華盛頓大學研究人員首次解決了這個幾十年的難題——弄清楚了激光如何在現(xiàn)實條件下冷凍水及其他液體。

　　該項研究11月16日發(fā)表于《美國科學院院刊》(Proceedings of the NationalAcademy of Sciences)上。該小組采用一種紅外激光將水冷卻至36華氏度——這是該領域的重大突破。

　該論文通訊作者、UW材料科學與工程助理教授Pauzauskie這樣說：“通常情況下，你去電影院看《星球大戰(zhàn)》，里面的激光炮都是用于加熱物體。這個實驗室第一次在日常條件下將激光束用于冷凍液體，比如水。在此之前，關于這個是否可以做到一直都是懸而未決的問題，因為通常而言光照都是在加熱水?！?/span>

　　該發(fā)現(xiàn)有助于工業(yè)用戶利用光斑來“點冷”很小的局部區(qū)域。比方說微處理器，或許有一天可以利用激光束來冷卻計算機當中的特定部件，以防止過熱，使其更加高效的處理信息。

　科學家還可以采用激光束來精確冷卻分裂或自修復時細胞的局部，從根本上減慢這些快速過程，讓研究人員能有機會看清它們是如何進行的。甚至他們可以無損的冷卻神經(jīng)網(wǎng)絡當中的某個單一神經(jīng)元，從而搞清楚它是如何與周圍神經(jīng)元纏繞并重新布線的。

　　美國能源部位于華盛頓Richland太平洋西北國家實驗室科學家Pauzauskie表示：“這在細胞如何分裂以及分子和酶如何起作用方面表現(xiàn)出了很大的益處，因為在將其冷凍之前幾乎沒有可能研究其性質(zhì)。采用激光冷卻，有可能放慢真實生命的運動過程。優(yōu)勢在于不需要冷卻整個細胞，這樣會殺死或改變其行為?！?/span>

　UW研究團隊采用紅外光作為冷卻激光，應用到生物學當中，因為可見光會“曬傷”細胞。他們證明了激光可以冷凍那些通常用于遺傳學及分子研究的鹽水和細胞培養(yǎng)液。

　UW團隊采用了一種常用激光器，但又從本質(zhì)上與激光現(xiàn)象相反的材料，取得了這項突破。他們將紅外激光照射到懸浮于水中的一個單一微晶上，使其激發(fā)出獨特的光，而這種光所具有的能量要比吸收的光稍大。

　　這種更高能量的發(fā)光將其周圍晶體及水中的熱量帶走了。1995年，美國洛斯·阿拉莫斯國家實驗室(Los Alamos NationalLaboratory)首次證實了可在真空下利用激光進行冷凍過程，現(xiàn)在花了將近20年時間證實了這個過程也可以在液體當中進行。

　　通常而言，生長激光晶體是一個昂貴的過程，需要大量的時間并花費數(shù)千美元才能生長出1克的這種材料。UW團隊還發(fā)現(xiàn)了一種低成本的水熱法來生產(chǎn)用于激光冷卻的激光晶體，這是一種更快、廉價且可擴展的方法。

　UW團隊同時還設計了一種使用激光陷阱(類似于微型的牽引光束)的儀器，將液體周圍的單一納米晶“保持”在一個腔室內(nèi)，并利用激光使其發(fā)光。為了確定液體是否被冷卻，這種儀器還可以將粒子以研究人員可以觀察期微小變化的方式進行“投影”。

　隨著周圍液體被冷卻，限域的粒子也會逐漸變慢，從而使得該團隊可以清楚的觀察到制冷效果。他們還設計出了隨溫度降低可從藍綠色變到紅綠色的晶體，就像是一個內(nèi)置顏色的溫度計一樣。

　　該論文第一作者PadenRoder(最近已獲得UW材料科學博士學位，目前就職于Intel集團)說：“該項目的真正挑戰(zhàn)在于構建儀器，并設計出能夠確定納米晶溫度的方法?！?/span>

　　到目前為止，UW團隊只證實了單一納米晶的冷卻效果，因為多個晶體需要的激光功率要更高。目前激光制冷非常耗能，接下來的工作包括尋找提高效率的方法。Pauzauskie這樣說。

　因為更高功率的激光器往往容易過熱甚至熔化，或許有一天這種冷卻技術可以使更高功率的激光器應用于制造業(yè)、電信業(yè)及國防。

　他表示：“很少有人想到可以利用這種技術來解決問題，因為在此之前激光制冷液體是不可實現(xiàn)的。我們感興趣的是這些創(chuàng)意將如何影響其他科學家或企業(yè)的基本研究或底線。”、

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