微米和纳米科技材料

物理学家发现了物质的一种独特状态的证据

物理学家发现了物质的一种独特状态的证据

一个带有库伦阻塞温度计的芯片,该芯片可以在极低的温度下进行实验。图片来源: 巴塞尔大学物理系

巴塞尔大学的物理学家成功地将纳米电子芯片冷却至低于3开尔文的温度。来自物理系和瑞士纳米科学研究所的科学家们与德国和芬兰的同事合作创下了这一纪录。他们使用磁性冷却来冷却电连接部分以及芯片本身。该成果发表在“Applied Physics Letters”杂志上。

即使是科学家也喜欢竞争记录,这就是为什么世界各地许多工作团队正在使用高科技冰箱来尽可能接近绝对零度的温度。绝对零度为0开尔文或-273.15°C。物理学家的目标是尽可能地将设备冷却到接近绝对零度,因为这些极低的温度为量子实验提供了理想的条件,并使得可能会发生全新的物理现象。

关闭磁场实现冷却

由巴塞尔物理学家DominikZumbühl教授领导的研究小组以前曾提出利用纳米电子学中的磁致冷原理来将纳米电子器件冷却至接近绝对零度的前所未有的温度。磁冷却是基于这样一个事实,即当施加的磁场下降时系统可以冷却,同时隔绝任何外来热量。在降低磁场之前,需要用另一种方法去除磁化热,以获得有效的磁致冷却。

一个成功的结合

Zumbühl团队成功地将纳米电子芯片冷却到2.8毫开尔文以下的温度,从而实现了新的低温记录。该论文的主要作者Mario Palma博士和他的同事Christian Scheller成功地使用了两种冷却系统的组合,这两种冷却系统都是基于磁致冷却的。他们把芯片的所有电子连接部分都冷却到150微开尔文的温度,这个温度比距离绝对零度千分之一度的温度还要小。

然后,他们将第二个冷却系统直接集成到芯片本身,并在其上放置一个库仑阻塞温度计。该结构和材料组成使他们能够将这个温度计磁冷却到几乎与绝对零度一样低的温度。

Zumbühl说:“冷却系统的组合使我们能够将芯片降温到3毫开尔文以下,对于以使用相同的方法达到1毫开尔文的极限,我们是很乐观的。同样值得注意的是,科学家们能够将这些极低的温度维持七个小时。这提供了足够的时长来进行各种实验,这将有助于理解接近绝对零度的物理学特性。

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