Flüssigkeiten wurden das erste Mal mit einem Laser gekühlt

06-12-2015 18:35:59 Autor:   Troy Oakes Kategorien:   Technologie

Sobald sie von dem Laser gekühlt werden, geben die von dem Team der University of Washington entwickelten Nanokristalle einen rot-grünlichen Schimmer ab, der mit bloßem Auge wahrgenommen werden kann. (Bild: Dennis Wise/University of Washington)

Seitdem der Laser 1960 erfunden worden sind, haben sie immer Hitze abgegeben. Jetzt haben Wissenschaftler der University of Washington herausgefunden wie mit einem Laser Wasser und andere Flüssigkeiten unter realen Bedingungen gekühlt werden können.

In der Studie, die in Proceedings of the National Academy of Sciences veröffentlicht worden ist, war es Wissenschaftlern möglich einen Infrarotlaser zu nutzen, um Wasser auf eine Temperatur von 2,2 °C herunter zu kühlen, womit ihnen ein bedeutender Durchbruch in diesem Forschungsfeld gelungen ist.

Peter Pauzauskie, Assistant professor an der University of Washington für Materialforschung und Technik und Hauptautor sagt: “Normalerweise, wenn Du Dir Filme anschaust und Du beobachtest z.B. die Star Wars Laser-Schwerter, dann heizen sie Dinge auf.

„Das ist das erste Beispiel dafür, dass ein Laserstrahl Flüssigkeiten wie Wasser unter alltäglichen Bedingungen kühlen kann.“

„Es war wirklich eine offene Frage, ob das funktionieren würde, denn normalerweise erwärmt sich Wasser, wenn es angestrahlt wird.“

Laut der AAAS, könnte diese Erfindung Industrien helfen, die Bereiche mit einem fokussierten Lichtpunkt punktgenau kühlen müssen. Ein Beispiel dafür wäre das Kühlen spezifischer Komponenten in einem Computerchip. Es könnte auch von Wissenschaftlern genutzt werden, um bestimmte Teile einer Zelle zu kühlen, während sie sich teilt oder repariert. Oder es kann ein einzelnes Neuron in einer Vernetzung kühlen – es dadurch wesentlich beruhigen ohne dabei Schaden anzurichten – um zu sehen wie seine Nachbar-Neuronen es überbrücken und sich neu vernetzen.

Dieses Gerät, dass von den Ingenieuren der University of Washington (von links) Peter Pauzauskie, Xuezhe Zhou, Bennett Smith, Matthew Crane und Paden Roder (nicht abgebildet) entwickelt wurde, hat das erste Mal Infrarotlaser genutzt, um Flüssigkeiten zu kühlen. (Bild: Dennis Wise/University of Washington)

 

Pauzauskie sagte in einem Statement: „Es gibt ein großes Interesse daran, wie sich Zellen teilen und wie Moleküle und Enzyme funktionieren und bisher ist es noch nie möglich gewesen sie herunter zu kühlen, um sie zu untersuchen.“

„Wenn man einen Laser zum Kühlen benutzt, könnte es möglich sein slow-motion Aufnahmen vom „Leben in Aktion“ zu machen. Der Vorteil ist, dass man nicht die gesamte Zelle kühlen muss, was sie töten oder ihr Verhalten ändern könnte.“

Das Team der University of Washington wählte Infrarotlicht für ihren Kühlungslaser, da sie die biologische Anwendung im Sinn hatten. Sichtbares Licht könnte bei den Zellen einen „Sonnenbrand“ verursachen. Sie legten dar, dass der Laser Salzlösung und Zellkultursubstrat kühlen könnte, die auch in der Molekular- und Genforschung verwendet werden, so die ECN.

Im Grunde haben die Wissenschaftler den Laser verkehrtherum angewendet. Indem das Licht des Infrarotlasers genutzt wurde, um einen einzelnen mikroskopischen Kristall, der in das Wasser gegeben wurde, anzustrahlen, wurde ein Schimmer erzeugt, der nur wenig mehr Energie hat, als die Energie die absorbiert wurde. Dieser Schimmer lenkt die Wärme durch seine erhöhte Energie daraufhin weg von dem Kristall und von dem Wasser, das ihn umgibt. Und das führt zu der Kühlung der Substanz.

Leitender Autor Paden Roder von Intel Corp sagte: „Die wirkliche Herausforderung dieses Projektes war es, ein Gerät zu entwickeln und eine Methode zu erfinden, die in der Lage sind die Temperatur der Nanokristalle festzulegen, indem man Signaturen des selben Lichtes nutzt, das auch verwendet wurde, um sie Festzuhalten“

Bisher hat das Team der University of Washington nur das Kühlen eines einzelnen Nanokristalls demonstriert. Das Kühlen mehrerer Kristalle, würde einen stärkeren Laser benötigen. Der Laserkühlungsprozess ist momentan noch sehr energieintensiv, sagte Pauzauskie, und die nächsten Schritte schließen die Suche nach effizienteren Methoden mit ein.

„Wenige Menschen haben darüber nachgedacht, wie man mit dieser Technologie Probleme lösen kann, weil das Kühlen von Flüssigkeiten mit einem Laser zuvor nicht möglich war.“, erzählte er. „Wir sind an den Vorstellungen und Ideen der Wissenschaftler und Unternehmen interessiert, auf welche Weise es ihre grundlegenden Forschungen oder Studien beeinflussen könnte.“

 

 

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