Ученые из Китая разработали новую технологию охлаждения на основе редкоземельного сплава, способную достигать температур, близких к абсолютному нулю, без использования гелия-3, сообщает South China Morning Post. Такой сплав может обеспечить создание компактных систем охлаждения без гелия-3 для сверхпроводящих квантовых чипов, передовой электроники, используемой в военном оборудовании, и космических применений.
Команда создала компактный твердотельный холодильный модуль без движущихся частей, который достиг температуры 106 милликельвинов (мК), что эквивалентно -273°C, — температуры, обычно достигаемой с использованием жидкого гелия. Охлаждающий модуль использовал редкоземельное соединение, состоящее из европия, кобальта и алюминия ($\text{EuCo}_2\text{Al}_9$, ECA), которое обладает теплопроводностью, сравнимой с металлами, но при этом способно эффективно охлаждать себя и другие компоненты с помощью адиабатического размагничивания (ADR) — метода, который и является основой этого открытия.
Идея ADR относительно проста: магнитный материал помещают в магнитное поле, которое заставляет его крошечные внутренние магнитные моменты (небольшой магнитный диполь, связанный с атомом или электроном) выстраиваться и выделять тепло. Затем, когда система изолирована, магнитное поле снимают, моменты возвращаются в неупорядоченное состояние, поглощают тепло и снижают температуру. Поскольку этот метод основан на твердых материалах, а не на гелии-3, он устраняет потребность в этом дефицитном изотопе, который необходим для традиционных систем охлаждения ниже кельвина. Однако есть нюанс.
Исторически ADR имел серьезный недостаток: используемые материалы могли сами охлаждаться, но они были не очень эффективны в передаче этого холода другим компонентам. Это ограничивало их полезность в реальных системах. Между тем, соединение $\text{EuCo}_2\text{Al}_9$, разработанное командой ученых, делает именно это: оно может охлаждать себя и другие компоненты, делая возможным создание систем охлаждения без гелия-3, способных доводить компоненты до температур, близких к абсолютному нулю.
С практической точки зрения, компактность и легкость нового охлаждающего модуля могут обеспечить создание более портативных криогенных систем, что может быть ценно для квантовых компьютеров, которые вот-вот станут следующей ареной международной конкуренции. Компактная система криогенного охлаждения может обеспечить высокомасштабируемые платформы квантовых вычислений с производительностью, недостижимой сегодня.
Сообщается, что Китайская академия наук заявила о потенциале сплава для массового производства, и холодильный модуль на основе этого материала из чистого металла уже был успешно продемонстрирован.
Разработка происходит на фоне растущего интереса к альтернативам гелию-3. 27 января Агентство перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США (DARPA) опубликовало запрос на модульные холодильные системы, не зависящие от гелия-3, для квантовых и оборонных приложений нового поколения. Менее чем через две недели китайские исследователи опубликовали свои результаты, сигнализируя о том, что они опережают DARPA.
Всегда имейте в виду, что редакции могут придерживаться предвзятых взглядов в освещении новостей.
Автор – Anton Shilov
