Khi các tinh thể nano phát triển bởi nhóm nghiên cứu từ Đại học Washington được làm lạnh bằng tia laser, chúng đã phát ra một ‘ánh sáng’ màu xanh đỏ có thể nhìn được bằng mắt thường. (Ảnh: Dennis Wise/University of Washington)
Kể từ khi xuất hiện lần đầu tiên vào năm 1967, tia laser đã được biết đến với công dụng sinh nhiệt. Tuy nhiên, gần đây các nhà khoa học từ trường Đại học Washington (Hoa Kỳ) đã lần đầu tiên phát hiện ra cách thức dùng tia laser để làm lạnh nước và các loại chất lỏng khác trong điều kiện môi trường thực.
Thật vậy, trong nghiên cứu được đăng tải trên Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia Hoa Kỳ, nhóm nghiên cứu này đã thành công trong việc sử dụng bức xạ laser hồng ngoại để kéo nhiệt độ của nước xuống dưới mức 36 độ F (tương đương khoảng 2 độ C), tạo nên một bước đột phá trong lĩnh vực.
Peter Pauzauskie – phó giáo sư ngành khoa học vật liệu và kỹ thuật, tác giả chính của nghiên cứu, nói: “Thông thường, khi bạn đi xem phim và nhìn thấy các súng bắn tia laser trong phim Star Wars, chúng có công dụng hâm nóng các thứ.
Đây là ví dụ đầu tiên của việc sử dụng một chùm tia laser để làm lạnh các loại chất lỏng như nước trong điều kiện bình thường.
“Thông thường nước sẽ trở nên ấm lên khi được chiếu sáng, nên trước đây chúng tôi thực sự không biết có làm lạnh được hay không”.
Theo Hiệp hội Xúc tiến Khoa học Hoa Kỳ, phát hiện này có thể giúp các ngành công nghiệp có nhu cầu “chiếu lạnh” các vùng diện tích bằng một điểm sáng hội tụ, ví như làm lạnh các bộ phận nhất định trong con chip máy vi tính. Nó cũng có thể được các nhà khoa học sử dụng để làm lạnh một bộ phận của tế bào khi tế bào phân chia hoặc tự sửa chữa, hay làm lạnh một neuron đơn lẻ trong một mạng lưới — về cơ bản làm neuron đó ngừng hoạt động nhưng không gây tổn hại đến bản thân neuron — để xem cách thức các neuron lân cận đi vòng qua nó và tái kết nối lại với nhau như thế nào.
Thiết bị này, chế tạo bởi các kỹ sư từ trường Đại học Washington (từ Trái sang Phải) là Peter Pauzauskie, Xuezhe Zhou, Bennett Smith, Matthew Crane, và Paden Roder (không có trong ảnh), lần đầu tiên sử dụng ánh sáng laser hồng ngoại để làm lạnh các chất lỏng. (Ảnh: Dennis Wise/Đại học Washington)
PGS Pauzauskie đã nói như sau trong một tuyên bố: “Có rất nhiều người quan tâm tới cách các tế bào phân chia, cũng như cách thức các phân tử và enzym hoạt động, vì trước đây chưa từng ai có thể làm lạnh để nghiên cứu tính chất của chúng.
“Sử dụng kỹ thuật làm lạnh bằng tia laser, chúng tôi sẽ có thể chuẩn bị các thước phim quay chậm quá trình diễn tiến của sự sống. Và lợi thế ở đây là bạn không phải làm lạnh toàn bộ tế bào, vốn có thể sẽ giết chết hoặc biến đổi hành vi của nó”.
Nhóm nghiên cứu của Đại học Washington đã chọn ánh sáng hồng ngoại cho tia laser làm lạnh, vì các ánh sáng hữu hình với mắt người có thể làm các tế bào bị “cháy nắng”. Họ đã cho thấy tia laser có thể làm lạnh dung dịch nước muối và môi trường nuôi cấy tế bào vốn thường dùng trong các nghiên cứu về gen và phân tử, theo trang ECN.
Các nhà khoa học đã đảo ngược thành công tia laser. Bằng cách chiếu ánh sáng laser hồng ngoại vào một tinh thể cực nhỏ đơn nhất lơ lửng trong nước, tạo nên một ánh sáng xanh lá phớt đỏ tỏa ra nhiều năng lượng hơn một chút so với năng lượng được hấp thụ. Cái lớp ánh sáng cao năng lượng này sau đó sẽ phản xạ nhiệt khỏi tinh thể cũng như vùng nước xung quanh, từ đó giảm nhiệt độ của vật thể.
Tác giả dẫn đầu nghiên cứu Paden Roder từ Tập đoàn Intel đã nói: “Thách thức thật sự của dự án này là xây dựng một thiết bị và nghĩ ra một phương pháp để xác định nhiệt độ của những tinh thể nano này nhờ vào những dấu hiệu đặc thù từ cùng một nguồn ánh sáng cũng được sử dụng để hãm chúng lại”.
Cho đến nay, nhóm nghiên cứu mới chỉ minh họa được hiệu ứng làm lạnh với một tinh thể nano duy nhất, vì việc kích thích nhiều tinh thể sẽ cần đến nguồn năng lượng laser lớn hơn. Quá trình làm lạnh bằng tia laser hiện nay đang tốn khá nhiều năng lượng, PGS Pauzauskie nói, và các kế hoạch trong tương lai bao gồm việc tìm kiếm các cách thức để cải thiện hiệu suất của nó.
“Vài người đã thử nghĩ cách họ có thể ứng dụng công nghệ này để giải quyết các vấn đề bởi lẽ việc sử dụng tia laser để làm lạnh chất lỏng chưa hề khả thi trước đây”, ông nói. “Các nhà khoa học hoặc doanh nghiệp có thể đưa ra ý tưởng về ảnh hưởng tiềm năng của công nghệ này đối với nghiên cứu cơ bản hoặc căn bản, chúng tôi quan tâm đến điều đó”.
Theo daikynguyenvn
Thiết bị này, chế tạo bởi các kỹ sư từ trường Đại học Washington (từ Trái sang Phải) là Peter Pauzauskie, Xuezhe Zhou, Bennett Smith, Matthew Crane, và Paden Roder (không có trong ảnh), lần đầu tiên sử dụng ánh sáng laser hồng ngoại để làm lạnh các chất lỏng. (Ảnh: Dennis Wise/Đại học Washington)