Chilling Enlightenment
Temperature obično rastu u farovima. Nije tako kada laserska svjetlost pada na materijale koji sadrže atome erbija. Element tada koristi toplinu tijela da emituje uhvaćenu energiju plus još malo kao fluorescenciju - i već je hladniji.
Svjetlo te grije – toliko zna gušter na svijetlom zidu, ovca u hladu i (bar nakratko) moljac na sijalici. Bazen za djecu u vrtu jednako je poznat kao i volan automobila na nepovoljnom vanjskom parkingu i skupe ograde od nehrđajućeg čelika na balkonu. Od dječaka Inuita preko brokera iz New Yorka do starješine plemena Zulu, svi to mogu potvrditi. Čini se da samo jedna grupa ispod nebeskog svoda ne zna za ovaj truizam: hemijski elementi porodice retkih zemalja. Jer ako zagrijanom infracrvenom svjetlošću obasjavate materijale sa takvim dodacima - termometar pada!
Priča se čini nevjerovatnom jer je tako očigledno suprotna našem svakodnevnom iskustvu. Ono što je još nevjerovatnije je da naučnici za ovaj fenomen znaju još od 1950-ih. U to vrijeme, Alfred Kastler iz École Normale Superieure u Parizu teoretizirao je da bi pod određenim okolnostima materijali s niskim razinama rijetkih zemnih metala trebali pokazati ovo kontraintuitivno ponašanje. I zapravo, istraživači su sada mogli eksperimentalno demonstrirati iznenađujući učinak na materijale sa iterbijem i tulijem. U jednom slučaju čak su uspjeli sniziti temperaturu za 85 stepeni Celzijusa.
Trik da se ohladite je da potrošite više nego što dobijete. Ono što je vrlo lako u kućnom budžetu mnogo je teže na atomskom nivou. Obično gutaju svjetlost tako što elektron apsorbira energiju fotona i prelazi na viši energetski nivo, koji je obično malo dalje od atomskog jezgra. Rijetko traje dugo u ovom predgrađu.
Njegov silazak počinje u malim koracima u početku dok klizi niz podnivoe, emitujući toplotno zračenje pri tome. Kada se dostigne ivica predgrađa, slijedi duboki pad u središnje područje odakle je elektron nastao. Sve što je preostalo ostavlja atom kao fluorescentno svjetlo. Ovo je malo crvenije, pa ima manje energije, jer je materijal zagrijan dijelom izvorne svjetlosne energije.
Rijetki zemni metali u određenim supstancama rado bi se poigrali sa ovom međuigrama energetskog uspona i pada - ali nažalost upadna svjetlosna energija nije dovoljna da ih stimulira. Međutim, tako da elektron ipak stigne do predgrađa, njegov atom skuplja energiju koja nedostaje iz susjedstva. Koristi energiju vibracija materijala ili, manje fizički rečeno: toplotnu energiju. Jer na atomskom nivou, toplota nije ništa drugo do vibracije. I tako elektron dobija energiju fotona od svetlosti i takođe malo toplote od tela. Zaključak, dovoljno da se nakratko dođe na viši nivo, a zatim odmah emituje sve kao fluorescentno svjetlo. U fotonima, koji su ovoga puta, zahvaljujući ukradenoj toplotnoj energiji, malo plaviji pa samim tim i energičniji. Naučnici ovo preokret konvencionalnog trgovanja energijom nazivaju anti-Stokes emisijama.
Naučnici bi bili sretni da pošalju element erbijum u vruću bitku za čisto hlađenje. Zbog svoje energetske strukture, erbij bi morao biti uzbuđen infracrvenom svjetlošću na talasnoj dužini od oko 1500 nanometara – raspon koji je dobro poznat u modernoj optici od staklenih vlakana. Nažalost, skladištenje erbija na energetskom nivou je toliko komplikovano da su neki istraživači doveli u pitanje da li se anti-Stoksov efekat uopšte može postići sa ovim elementom.
Ovi sumnjači su sada uvjerili Angela Garcia-Adeva, Rolindes Baldu i Joaquina Fernandeza sa Univerziteta Baskije u San Sebastianu novim eksperimentima o kvalitetama erbija kao rashladnog sredstva. Koristeći lasersko svjetlo, snizili su temperaturu kristala kalijum olovnog hlorida i stakla sa fluoridnim kloridom teških metala, od kojih je svaki sadržavao jone erbija. Iako je efekat, koji su istraživači snimili infracrvenom kamerom, bio mali - bio je samo 0,7 stepeni Celzijusa za kristal i 0,5 stepeni za staklo - ipak je u principu dovoljan za dokaz.
Erbium hladnjake bi trebalo dosta poboljšati ako bi se našli u našoj pregrijanoj svakodnevici, a čak i tada teško da ćemo ih vidjeti kao hladnjake bezalkoholnih pića. Ali u elektronskim kolima, oni bi jednog dana mogli ciljano rasipati višak toplote i tako hladiti detektore ili kompjuterske čipove, na primer. Jer stvari se same od sebe zagrijavaju…
