Fizikai pasiekė naują žemos temperatūros rekordą


Ultrašaltos grandinės

Bazelio fizikų naudojamas kriostatas pasiekė rekordinę 220 mikrokelvinų temperatūrą. Specialus termometras kartu su mastelio juosta matosi vaizdo centre (auksinis stačiakampis). Kreditas: Bazelio universitetas, Fizikos katedra

Kai medžiagos atšaldomos iki itin žemos temperatūros, jų elgsena dažnai stipriai skiriasi nuo kambario temperatūros. Gerai žinomas pavyzdys yra superlaidumas: žemiau kritinės temperatūros kai kurie metalai ir kitos medžiagos praleidžia elektros srovę be jokių nuostolių. Dar žemesnėje temperatūroje gali atsirasti papildomų kvantinių fizikinių efektų, kurie yra svarbūs tiek fundamentiniams tyrimams, tiek taikant kvantines technologijas.

Tačiau pasiekti tokią temperatūrą – mažiau nei tūkstantąją laipsnio dalį virš absoliutaus 0 Kelvino nulio arba –273,15 laipsnių Celsijaus – labai sunku. Bazelio universiteto profesoriaus daktaro Dominiko Zumbühlo tyrimų grupės fizikai kartu su kolegomis iš VTT techninių tyrimų centro Suomijoje ir Lankasterio universitete Anglijoje pasiekė naują žemos temperatūros rekordą. Jų rezultatai ką tik buvo paskelbti Fizinės apžvalgos tyrimai.

Aušinimas magnetiniais laukais

„Labai stiprus medžiagos aušinimas nėra vienintelė problema“, – aiškina Christianas Schelleris, Zumbühl laboratorijos vyresnysis mokslininkas. „Taip pat reikia juos patikimai išmatuoti itin žema temperatūra“.

Savo eksperimentuose tyrėjai atvėsino nedidelę elektros grandinę, pagamintą iš vario ant silicio lusto, pirmiausia paveikę ją stipriam magnetinis laukas, tada atvėsinkite specialiu šaldytuvu, vadinamu kriostatu, ir galiausiai lėtai sumažinkite magnetinį lauką. Tokiu būdu lusto vario atomų branduoliniai sukimai iš pradžių buvo sulygiuoti kaip maži magnetai ir efektyviai dar labiau atvėso, kai pabaigoje magnetinio lauko sumažinimas sumažino jų magnetinę energiją.

„Su tokia technika dirbame jau dešimtmetį, tačiau iki šiol žemiausią temperatūrą, kurią buvo galima pasiekti tokiu būdu, ribojo šaldytuvo vibracijos“, – sako Omidas Sharifi Sedehas, kuris dalyvavo eksperimentuose kaip Ph.D. studentas.

Tos vibracijos, atsirandančios dėl nuolatinio aušinimo agento helio suspaudimo ir retėjimo vadinamajame „sausame“ kriostate, labai įkaitina lustą. Norėdami to išvengti, mokslininkai sukūrė naują mėginio laikiklį, kuris yra taip stipriai prijungtas, kad lustas gali būti labai atvėsintas. žemos temperatūros nepaisant vibracijų.

Tvirtas termometras

Norėdami tiksliai išmatuoti šias temperatūras, Zumbühl ir jo bendradarbiai patobulino specialų termometrą, kuris yra integruotas į grandinę. Termometras susideda iš varinių salelių, kurios yra sujungtos vadinamosiomis tunelinėmis jungtimis. Elektronai gali judėti per šias jungtis daugiau ar mažiau, priklausomai nuo temperatūros.

Fizikai rado būdą, kaip termometrą padaryti atsparesnį medžiagų defektams ir tuo pat metu jautresnį temperatūrai. Tai leido jiems pagaliau išmatuoti temperatūrą, vos 220 milijonųjų laipsnių virš absoliutaus nulio (220 mikrokelvinų).

Ateityje Bazelio mokslininkai savo metodu nori sumažinti temperatūrą dar dešimt kartų, o ilgainiui ir atvėsinti puslaidininkines medžiagas. Tai atvers kelią naujų kvantinių efektų ir įvairių pritaikymų tyrimams, pavyzdžiui, kvantinių kompiuterių kubitų optimizavimui.


Šalčiausias lustas pasaulyje


Daugiau informacijos:
Mohammad Samani ir kt., Microkelvin elektronika ant impulsinio vamzdelio kriostato su vartų Kulono blokados termometru, Fizinės apžvalgos tyrimai (2022). DOI: 10.1103 / PhysRevResearch.4.033225

Citata: Ultrašaltų grandinių kūrimas: fizikai pasiekė naują žemos temperatūros rekordą (2022 m. rugsėjo 22 d.), gautą 2022 m. rugsėjo 23 d. iš https://phys.org/news/2022-09-ultracold-circuits-physicists-low-temperature.html

Šis dokumentas yra saugomas autorių teisių. Išskyrus bet kokius sąžiningus sandorius privačių studijų ar mokslinių tyrimų tikslais, jokia dalis negali būti atkuriama be raštiško leidimo. Turinys pateikiamas tik informaciniais tikslais.