Квантовый холодильник: экстремальное охлаждение

Исследователи из Национального института стандартизации и технологий (NIST) продемонстрировали полупроводниковый холодильник, который использует принципы квантовой физики в микро- и наноструктурах для охлаждения гораздо больших объектов до экстремально низких температур, сообщает sciencedaily.com.

Прототип, представленный NIST, использует принципы квантовой физики в квадратном чипе, установленном на зеленой плате для охлаждения медной платформы гораздо большего размера (в середине фото) ниже стандартных криогенных температур.

Для охлаждения к платформе могут быть присоединены и другие объекты. Более того, холодильник-прототип, имеющий размер в несколько дюймов, позволяет исследователям поместить в зону охлаждения любой предмет, а потом заменить его другим — как в обычном кухонном холодильнике. Мощность охлаждения эквивалентна мощности оконных кондиционеров , способных охлаждить здание размером с мемориал Линкольна в Вашингтоне.

«Это самые впечатляющие результаты, из тех, что я видел, — восклицает Джоел Уллом, руководитель проекта, — Мы использовали квантовую механику в наноструктурах, чтобы охладить кусок меди. Медь примерно в миллион раз тяжелее, чем охлаждающие элементы. Это редкий пример того, как нано- и микроэлектромеханические машины могут управлять макромиром».

Эта технология предлагает компактное и удобное средство охлаждения ниже стандартных криогенных температур −300 милликельвинов (мК), которые обычно достигаются за счет использования жидкого гелия. Охлаждающие элементы представляют собой «сандвичи» из металла, слоя изоляции толщиной в 1 нм и сверхпроводящих металлов. Когда подается напряжение, горячие электроны проходят из обычного металла через изоляцию в сверхпроводник. Температура в металле резко падает, а электронная и колебательная энергия отводится от охлаждаемого объекта.

Исследователи из NIST ранее уже демонстрировали этот метод охлаждения, однако теперь они способны охладить большие объекты. Ученые разработали схему крепления охлаждающих элементов к медной пластине, служащей платформой для размещения охлаждаемых объектов. Кроме того, улучшена термоизоляция платформы, подвешенной на крепком холодоустойчивом шнуре. Охлаждение до температуры ниже 300 мК в настоящее время требует сложных, габаритных и дорогостоящих аппаратов. Исследователи из NIST хотят создать им простую и компактную альтернативу. В планах — повышение мощности охлаждения прототипа холодильника за счет добавления больше высокоэффективных сверхпроводящих структур, а также создания жесткой опорной конструкции.

Добавить TopClimat.ru в «Мои источники» в Яндекс Новости