Fizikçiler yeni bir düşük sıcaklık rekoru kırdı

Fizikçiler yeni bir düşük sıcaklık rekoru kırdı

Basel fizikçileri tarafından 220 mikro Kelvin’lik rekor bir sıcaklığa ulaşmak için kullanılan kriyostat. Bir ölçek çubuğu ile birlikte özel termometre görüntünün merkezinde görülebilir (altın dikdörtgen). Kredi: Basel Üniversitesi, Fizik Bölümü

Malzemeler aşırı düşük sıcaklıklara soğutulduğunda, davranışları genellikle oda sıcaklığından çok farklıdır. İyi bilinen bir örnek süper iletkenliktir: kritik bir sıcaklığın altında bazı metaller ve diğer maddeler elektrik akımını kayıpsız iletir. Daha düşük sıcaklıklarda bile, kuantum teknolojilerindeki uygulamaların yanı sıra temel araştırmalarla ilgili ek kuantum-fiziksel etkiler meydana gelebilir.

Ancak, mutlak sıfır olan 0 Kelvin’in veya -273.15 santigrat derecenin binde birinden daha az olan bu sıcaklıklara ulaşmak son derece zordur. Araştırma grubunda yer alan fizikçiler Prof. Basel Üniversitesi’nden Dr. Dominik Zumbühl, Finlandiya’daki VTT Teknik Araştırma Merkezi’ndeki ve İngiltere’deki Lancaster Üniversitesi’ndeki meslektaşlarıyla birlikte şimdi yeni bir düşük sıcaklık rekoru kırdı. Onların sonuçları az önce yayınlandı Fiziksel İnceleme Araştırması.

Manyetik alanlarla soğutma

Zumbühl’ün laboratuvarında kıdemli bir bilim adamı olan Christian Scheller, “Bir malzemeyi çok güçlü bir şekilde soğutmak tek sorun değil,” diye açıklıyor. “Ayrıca bu aşırı düşük sıcaklıkları güvenilir bir şekilde ölçmek gerekiyor.”

Araştırmacılar deneylerinde, silikon çip üzerinde bakırdan yapılmış küçük bir elektrik devresini, önce güçlü bir manyetik alana maruz bırakarak, ardından kriyostat olarak bilinen özel bir buzdolabıyla soğutarak ve sonunda manyetik alanı yavaş yavaş azaltarak soğuttular. Bu şekilde, çipteki bakır atomlarının nükleer dönüşleri başlangıçta küçük mıknatıslar gibi hizalandı ve sonunda manyetik alanın azalması manyetik enerjilerinde bir azalmaya yol açtığında etkili bir şekilde daha da soğutuldu.

Deneylerde yer alan Omid Sharifi Sedeh, “On yıldır bu tür tekniklerle çalışıyoruz, ancak şimdiye kadar bu şekilde ulaşılabilecek en düşük sıcaklıklar buzdolabının titreşimleriyle sınırlıydı” diyor. Doktora öğrencisi.

Sözde “kuru” bir kriyostatta soğutma maddesi helyumunun sürekli sıkıştırılması ve seyrekleştirilmesinden kaynaklanan bu titreşimler, çipi önemli ölçüde ısıtır. Bunu önlemek için araştırmacılar, titreşimlere rağmen çipin çok düşük sıcaklıklara soğutulabileceği kadar güçlü bir şekilde bağlanmış yeni bir numune tutucu geliştirdiler.

Sağlam termometre

Bu sıcaklıkları doğru bir şekilde ölçmek için Zumbühl ve işbirlikçileri, devreye entegre edilmiş özel bir termometre geliştirdiler. Termometre, sözde tünel bağlantıları ile birbirine bağlanan bakır adalardan oluşur. Elektronlar, sıcaklığa bağlı olarak bu kavşaklardan az çok kolayca geçebilir.

Fizikçiler, termometreyi malzeme kusurlarına karşı daha sağlam ve aynı zamanda sıcaklığa daha duyarlı hale getirmek için bir yöntem buldular. Bu, nihayet, mutlak sıfırın (220 mikro Kelvin) üzerinde bir derecenin sadece 220 milyonda biri olan bir sıcaklığı ölçmelerine izin verdi.

Gelecekte, Basel araştırmacıları, sıcaklığı on kat daha düşürmek ve uzun vadede yarı iletken malzemeleri de soğutmak için yöntemlerini kullanmak istiyorlar. Bu, yeni kuantum etkileri ve kuantum bilgisayarlarda kübitlerin optimizasyonu gibi çeşitli uygulamalara yönelik çalışmalara giden yolu açacaktır.


Dünyanın en soğuk çipi


Daha fazla bilgi:
Mohammad Samani ve diğerleri, kapı Coulomb blokaj termometresi olan bir darbe tüplü kriyostatta Microkelvin elektroniği, Fiziksel İnceleme Araştırması (2022). DOI: 10.1103/PhysRevResearch.4.033225

Basel Üniversitesi tarafından sağlanan

Alıntı: Ultracold devreleri geliştirme: Fizikçiler yeni bir düşük sıcaklık rekoru kırdı (2022, 22 Eylül) 23 Eylül 2022’de https://phys.org/news/2022-09-ultracold-circuits-physicists-low-temperature.html

Bu belge telif haklarına tabidir. Özel çalışma veya araştırma amaçlı herhangi bir adil işlem dışında, yazılı izin alınmadan hiçbir kısmı çoğaltılamaz. İçerik yalnızca bilgi amaçlı verilmiştir.