זכוכית קוורץ לייזר מצנן כדי להקליט גודל

צוות חוקרים ממכון פראונהופר לאופטיקה יישומית והנדסת דיוק בגרמניה ומאוניברסיטת ניו מקסיקו בארה"ב הצליחו לקרר לראשונה זכוכית קוורץ ב-67 קלווין מטמפרטורת החדר על ידי קירור לייזר. תוצאות המחקר מדווחות בגיליון האחרון של כתב העת Optics Express.
אנשים בדרך כלל מקשרים לייזרים לחימום חומרים, כגון חיתוך, קידוח, ריתוך וביצוע עבודות דיוק על חפצי מתכת או אבן. אך במקרים ספציפיים ניתן לקרר חומרים גם באמצעות קרינת לייזר, כמו קירור דופלר של גזים. עם זאת, קרינת לייזר יכולה גם לקרר מוצקים.
באמצעות מה שנקרא קירור פלואורסצנטי אנטי-סטוק, האפקט המנוגד לחום-קור מתאפשר. בתהליך זה, חומר מיוחד בעל טוהר גבוה נרגש על ידי קרינת לייזר. בשל הפרש האנרגיה בין אור הלייזר לקרינה הנפלטת מהחומר (כלומר פלואורסצנטיות), הלייזר שואב אנרגיה מהחומר בצורת חום והחומר מתקרר.
במשך שנים, קירור לייזר של זכוכית קוורץ נחשב לבלתי אפשרי. אבל ב-2019, הצוות הוכיח בפעם הראשונה שניתן לקרר זכוכית קוורץ עם סימום איטרביום (Yb) בלייזר. בזמנו, ניתן היה לקרר אותו רק ב-0.7 קלווין מטמפרטורת החדר. כדי לחרוג ממגבלת הקירור הקודמת, הם ייעלו את תהליך ההכנה של החומר המסומם.
כתוצאה מכך, הצוות השיג קירור שובר שיא חדש: על ידי הקרנת מוטות קוורץ מסוממים באיטרביום דרך לייזר בהספק של 97 וואט ואורך גל של 1,032 ננומטר, הטמפרטורה ירדה ב-67 קלווין מטמפרטורת החדר.
התקדמות חדשה זו יכולה לתרום לפיתוח עתידי של לייזרים יציבים במיוחד ומגברים בעלי רעש נמוך למדידות מדויקות או ניסויים קוונטיים. בנוסף, התהליך האופטימלי יכול לקדם קירור נטול רעידות, מה שיכול להיות שימושי בניתוח חומרים ואבחון רפואי בעזרת מיקרוסקופיה קריוגנית וספקטרוסקופיה אנרגית גמא.
לחומר יש גם שימושים פוטנציאליים בסיבים. בעתיד, התהליך החדש יוכל לשמש לפיתוח לייזרים סיבים בעלי ביצועים גבוהים שמתגברים על החיסרון של חוסר יציבות תרמית.