Ученые предложили конструкцию эффективного многоразового квантового рефрижератора
 Фото сконструированного учеными многоразового рефрижератора. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Температуры ниже 300 мК – неотъемлемая часть многих современных областей физики, в том числе сфер, занимающихся построением квантового компьютера и обнаружения темной материи. Однако температура ниже 300 мК не может быть достигнута непосредственным охлаждением при помощи жидкого гелия. Обычно охлаждение ниже температуры в 1 милликельвин осуществляется с помощью рефрижератора растворения, в работе которого задействованы изотопы гелия. К сожалению, реализация чрезвычайно эффективной схемы рефрижератора растворения может быть затруднена в ряде специализированных приложений, таких как охлаждение детекторов в космическом пространстве. Альтернативный метод охлаждения подразумевает адиабатическое размагничивание. Однако он также подразумевает использование громоздкого оборудования, поскольку охлаждаемый образец необходимо помещать в непрерывно включающееся и выключающееся мощное магнитное поле. Таким образом, уже много лет исследователи ищут альтернативный способ охлаждения, который позволил бы работать с объектами, размеры которых не превышают компьютерный чип. В идеале охлаждение до температур ниже 300 мК должно происходить при помощи простого пропускания электрического тока через установку.
Для решения поставленной задачи были выдвинуты самые разнообразные предложения. Однако ранее успех был достигнут только при охлаждении объектов, размеры которых не превышают 1 мм.
В 2005 году исследовательская группа из National Institute for Standards and Technology (NIST, США) предложила конструкцию рефрижератора на основе квантового туннелирования, позволяющего охладить объекты гораздо большего размера, чем элементы самой холодильной установки. Тем не менее, в предложенной тогда схеме охлаждаемый объект должен был быть интегрирован в холодильную установку на этапе производства, т.е. предложенный рефрижератор был одноразовым.
В своей новой работе группа исследователей изменила схему твердотельного рефрижератора, используя те же принципы для охлаждения съемной медной панели с характерными размерами 2,5 см с температуры 290 мК до температуры 256 мК. Для такого охлаждения потребовалось 18 часов. Панель была термически связана с охлаждающей установкой, в то время как оставалась электрически изолированной. Последнюю особенность ученые считают лучшим доказательством того, что теперь ими создан полноценный рефрижератор (по аналогии с тем, что в обычном бытовом холодильнике нет необходимости пропускать электрический ток через все размещенные внутри продукты). К слову, сама охлаждающая установка подключается к источнику питания при помощи сверхпроводящих проводов (что обеспечивает термическую изоляцию). Иными словами, устройство может быть подключено даже к любому стандартному источнику питания.
Хотя принципиально в предложенной схеме нет ничего нового, ученые считают новую работу прорывом, открывающим широкие возможности перед их ранней разработкой, поскольку теперь рефрижератор допускает многоразовое использование. Правда, коллеги ученых из других научных групп смотрят на работу с большим скепсисом, предполагая, что полезность разработки может доказать только возможность еще большего снижения температуры с помощью данного метода.
Первые публикации об удачном эксперименте появились на сайте physicsworld.com.
Также по теме:
- Температурные эффекты позволят динамически изменять поведение коллоидных частиц
- Волны плотности заряда возможны при комнатной температуре
- Экстремальные температуры воздуха могут повышать риск гибели людей, страдающих от болезней сердечно-сосудистой системы
- Бабочки помогают увидеть тепловое излучение
- Наночастицы позволят эффективно превращать тепло в электричество
Источники: