Kvartsklaasist laser jahtub, et salvestada suurusjärku

Saksamaal asuva Fraunhoferi rakendusoptika ja täppistehnika instituudi ja USA New Mexico ülikooli teadlaste rühmal on õnnestunud esimest korda laserjahutusega jahutada kvartsklaasi toatemperatuurist 67 kelvini võrra. Uurimistulemused on avaldatud ajakirja Optics Express viimases numbris.
Inimesed seostavad lasereid tavaliselt materjalide kuumutamisega, nagu lõikamine, puurimine, keevitamine ja metall- või kiviesemete täppistööde tegemine. Kuid teatud juhtudel saab materjale jahutada ka laserkiirgusega, näiteks gaaside Doppleri jahutamisega. Laserkiirgus võib aga ka tahkeid aineid jahutada.
Nn Stokesi-vastase fluorestsentsjahutuse abil saab see külma-kuuma-vastupidine efekt võimalikuks. Selles protsessis ergastatakse laserkiirgusega spetsiaalset kõrge puhtusastmega materjali. Laservalguse ja materjali poolt kiiratava kiirguse (st fluorestsentsi) energia erinevuse tõttu ammutab laser materjalist energiat soojuse kujul ja materjal jahutatakse.
Aastaid peeti kvartsklaasi laserjahutamist võimatuks. Kuid aastal 2019 demonstreeris meeskond esimest korda, et ütterbiumiga (Yb) legeeritud kvartsklaasi saab jahutada laseriga. Tol ajal sai seda toatemperatuurist jahutada vaid 0,7 kelvini võrra. Eelnevast jahutuspiirist kaugemale jõudmiseks optimeerisid nad legeeritud materjali ettevalmistusprotsessi.
Selle tulemusel saavutas meeskond uue rekordilise jahutuse: kiirgades ütterbiumiga legeeritud kvartsvardaid läbi laseri, mille võimsus oli 97 vatti ja lainepikkus 1032 nanomeetrit, alandati temperatuuri toatemperatuurist 67 kelvini võrra.
See uus edusamm võib aidata kaasa äärmiselt stabiilsete laserite ja madala müratasemega võimendite arendamisele täppismõõtmiste või kvantkatsete jaoks. Lisaks võib optimeeritud protsess edendada vibratsioonivaba jahutamist, mis võib krüogeense mikroskoopia ja gammaenergia spektroskoopia abil olla kasulik materjalide analüüsis ja meditsiinilises diagnostikas.
Materjalil on potentsiaalseid kasutusvõimalusi ka kiududes. Tulevikus saab uut protsessi kasutada suure jõudlusega kiudlaserite väljatöötamiseks, mis ületaksid termilise ebastabiilsuse puuduse.