Kältestrahl

Forscher nutzen erstmals Laser zum Tiefkühlen von Wasser

| Autor: Sebastian Gerstl

Kältestrahl in Aktion: Spezielle, an der University of Washington entwickelte Nanokristalle, werden durch einen Infrarot-Laser abgekühlt. Während dieses Vorgangs strahlen sie ein grünlich-rotes Leuchten ab, das mit bloßem Auge erkennbar ist.
Kältestrahl in Aktion: Spezielle, an der University of Washington entwickelte Nanokristalle, werden durch einen Infrarot-Laser abgekühlt. Während dieses Vorgangs strahlen sie ein grünlich-rotes Leuchten ab, das mit bloßem Auge erkennbar ist. (Bild: Dennis Wise/University of Washington)

Laser sind seit ihrer Konzeption 1960 in erster Linie für das Abgeben von Hitze bekannt. Ein Forschungsteam der University of Washington in Seattle hat nun erstmals das Gegenteil erzielt: Mit Hilfe eines Infrarot-Lasers ist es ihnen gelungen, Flüssigkeiten um etwa 20° C abzukühlen.

Ob James Bond von einem Bösewicht mit einem Laser gefoltert wird oder Han Solo in Star Wars einen Widersacher damit erschießt – im allgemeinen Verständnis geben Laser Hitze ab, ob nun direkt oder indirekt als Nebeneffekt. Wissenschaftlern der Universität Washington ist es dagegen gelungen, einen Laserstrahl zu nutzen, um Flüssigkeiten unter Alltagsbedingungen gezielt abzukühlen.

„Es war wirklich eine offene Frage, ob das gemacht werden kann, denn Wasser wärmt sich für gewöhnlich aus, wenn es beleuchtet wird,“ sagt Peter Pauzauskie, Hauptautor der Studie, die diese Woche in den Proceedings of the National Academy of Sciences veröffentlicht wird. Dem Materialforscher und seinem Team ist es gelungen, unter Einsatz eines Infrarotlasers Wasser um einen Temperaturunterschied von 36° Fahrenheit (auf der Temperaturskala vergleichbar mit 20° Celsius) herunterzukühlen.

Um dies zu erreichen, wurde ein an der University of Washington gezüchteter Nanokristall in der Flüssigkeit gezielt mit dem Infrarotlaser angestrahlt. Beim Anstrahlen gibt der Kristall ein grünlich-rotes Leuchten ab, das mit bloßem Auge sichtbar ist. Die Struktur leuchtet mit mehr Energie als sie durch das absorbierte Licht zugeführt wird. Dadurch kühlt sich die umgebende Flüssigkeit deutlich ab, da das Leuchten Wärmeenergie von Kristall und Wasser wegträgt.

Die Forscher griffen hierbei auf ein Prinzip zurück, mit dem Wissenschaftler des Los Alamos National Laboratory Temperatur in einem Vakuum senken konnten. Nun, 20 Jahre später, ist dem Team aus Washington erstmals die Laserkühlung von Wasser gelungen.

Bislang hat das Forschungsteam seine Versuche nur mit Hilfe von jeweils einem einzelnen Nanokristall durchgeführt. Derzeit ist der Vorgang noch sehr energieaufwändig, die Forscher sehen aber die Möglichkeit, den Prozess skalierbar und einfacher zu gestalten. Demnach wäre es theoretisch möglich, mittels solcher fokussierter Laserstrahlen Objekte punktgenau abzukühlen.

Das Forschungsteam der University of Washington (von links nach rechts): Peter Pauzauskie, Xuezhe Zhou, Bennett Smith, Matthew Crane und Paden Roder (nicht im Bild) entwickelten die erste Lasermethode, die es erlaubt, Flüssigkeiten tiefzukühlen.
Das Forschungsteam der University of Washington (von links nach rechts): Peter Pauzauskie, Xuezhe Zhou, Bennett Smith, Matthew Crane und Paden Roder (nicht im Bild) entwickelten die erste Lasermethode, die es erlaubt, Flüssigkeiten tiefzukühlen. (Bild: Dennis Wise/University of Washington)

Dies eröffne zahlreiche Anwendungsgebiete für die Technologie, ob in Forschung, Fertigung, Kommunikationstechnik oder Verteidigung. Hochleistungslaser könnten hiermit punktgenau gekühlt und am Überhitzen gehindert werden. Auch eine aktive On-Chip-Kühlung von Mikroprozessoren oder mikrobiologische Anwendungen wären denkbar. „Es besteht großes Interesse darin, wie sich Zellen teilen oder wie Moleküle und Enzyme funktionieren, und es bestand nie die Möglichkeit, diese tiefzukühlen um ihre Eigenschaften besser studieren zu können,“ sagt Pauzauskie. „Mit Laserkühlung könnte es möglich sein, eine Art Zeitlupenfilm dieser Vorgänge in Aktion zu erzeugen. Und der Vorteil wäre, dass man dabei nicht die ganze Zelle abkühlen muss, was diese abtöten oder ihr ganzes Verhalten ändern könnte.“

Kommentar zu diesem Artikel abgeben

Schreiben Sie uns hier Ihre Meinung ...
(nicht registrierter User)

Zur Wahrung unserer Interessen speichern wir zusätzlich zu den o.g. Informationen die IP-Adresse. Dies dient ausschließlich dem Zweck, dass Sie als Urheber des Kommentars identifiziert werden können. Rechtliche Grundlage ist die Wahrung berechtigter Interessen gem. Art 6 Abs 1 lit. f) DSGVO.
Kommentar abschicken
copyright

Dieser Beitrag ist urheberrechtlich geschützt. Sie wollen ihn für Ihre Zwecke verwenden? Kontaktieren Sie uns über: support.vogel.de/ (ID: 43731236 / Technologie & Forschung)