Юный техник, 2004 № 10

Говорят, молекула по внешнему виду показалась ему похожей на тыкву из рода Cucurbita. Как видно, химик был заодно и заядлым огородником-любителем. Так или иначе, название прижилось. Тем более что молекула действительно несколько похожа на тыкву или даже, скорее, на бочку (см. рис).

Впервые это соединение было получено еще в 1905 году немецким химиком Р.Берендетом. Но в то время не было электронных микроскопов, так что ученому не довелось увидеть, какое чудо он сотворил. Удивиться же было чему. Эта молекула — действительно настоящий гигант. Ее высота — 6 ангстрем, а диаметр — 5,5 ангстрема. Этого вполне достаточно, чтобы внутрь такой «бочки» можно было при желании поместить несколько молекул обычных размеров.

Впрочем, долгое время никто толком не знал, что делать с такой молекулой на практике. Интереса ради пробовали помещать внутрь ее разные другие, любовались получающимися структурами, да и только. Так продолжалось до тех пор, пока несколько лет назад российские химики из МГУ под руководством доктора химических наук А. Шевелькова не догадались соорудить подобную «бочку» из полупроводника на основе кремния. И не одну, а сразу множество. Получилась этакая решетка с ячейками, внутри каждой из которых расположены атомы йода.

Решетку теперь называют «хозяином», вещество внутри — «гостем».

Вся хитрость в том, что «гость» химически не связан с «хозяином». Тем не менее, как косточка в вишне, «сидит» довольно крепко. Что и обеспечивает уникальный набор свойств соединения.

«Гость» и «хозяин» представляют собой электрически заряженные группы. Исследователи из МГУ показали, что электропроводность таких супрамолекулярных веществ — величина типичная для полупроводников, а вот теплопроводность очень мала, такая же, как у аморфных материалов. Все вместе это позволило создать уникальные микрохолодильники, позволяющие регулировать температуру охлаждения в весьма широком диапазоне, вплоть до минус 240 °C! Причем для «электронного холодильника» не нужны ни фреон, ни какие-либо движущиеся детали. И работает он бесшумно.

Сначала такие холодильники думали использовать лишь в микроэлектронике для охлаждения интенсивно работающих чипов. Но потом выяснилось, что глубокое охлаждение с успехом может быть использовано и в приемниках инфракрасного диапазона длин волн. Дело в том, что полупроводникам мешают работать их собственные шумы, которые тем сильнее, чем выше температура самого полупроводника. Их так и называют — тепловые.

Охладив полупроводник, можно увеличить его чувствительность как минимум в 10 раз по сравнению с теми, что работают при комнатной температуре. Это значит, что прибор ночного видения сможет обнаружить цель втрое дальше.

Так же можно улучшить чувствительность приемников или мобильных телефонов. Если в мобильник поместить кукурбитуриловые решетки, то он сможет принимать даже сигналы со спутников на собственную антенну без предварительного усиления.

И это только начало…

Владимир ЧЕРНОВ

Соединив вместе множество «бочек», можно получить замысловатую структуру…

… А внутри каждой «бочки» можно поместить некоего «гостя».

Подробности для любознательных

ДВА ЭФФЕКТА И НЕМНОГО ФИЗИКИ…

Полупроводниковый холодильник работает на двух эффектах, изучаемых в курсе школьной физики. В 1834 г. французский ученый Ж. Пельтье открыл эффект поглощения и выделения тепла на контакте двух разнородных материалов в зависимости от направления электрического тока, идущего через контакт. Этот эффект особенно значителен, когда одно из двух контактирующих веществ — полупроводник, а другое — металл.

Само явление сравнительно давно начали использовать в термостатах, кристаллизаторах. Но широко применить эффект Пельтье в быту мешала высокая теплопроводность существующих материалов. Как правило, «полученный» холод растекается по объему контакта настолько быстро, что не дает получить теоретически достижимую низкую температуру. Охладить больше, чем на 10–15 °C, скажем, ту же микросхему невозможно. А вот с помощью кристаллов, открытых Шевельковым и его группой, это уже вполне реально. И как раз за счет низкой теплопроводности веществ со структурой «гость — хозяин».

Более того, для тех же самых веществ имеет место обратный эффект, названный в честь немецкого физика Т. Зеебека, открывшего это явление в 1821 г. Когда на контакте полупроводник — металл возникает разность температур, то появляется и разность потенциалов. Через систему обратной связи это позволит регулировать ток и тем самым менять температуру холодильника в широких пределах.

КОЛЛЕКЦИЯ ЭРУДИТА

Авторучка с… телефоном?