12.01.2018 События

Физики охладили наноэлектронный чип до рекордно низкой температуры

Минимальную температуру работы наноэлектронных устройств понизили до 2,8 милликельвина. Такой величины удалось добиться в результате охлаждения с помощью адиабатического ядерного размагничивания как самого чипа, так и соединительных элементов.

В дальнейшем с помощью подобного подхода можно получить температуры и в 0,1 милликельвина, пишут ученые в статье в Applied Physics Letters.

Чтобы в наноэлектронном устройстве реализовать неустойчивые квантовые состояния, его температура должна быть близка к абсолютному нулю (это −273,15 градусов Цельсия). Именно низкая температура позволяет повысить устойчивость квантовых фаз с необычным упорядочением ядерных спинов, а также снижает вероятность декогеренции кубитов в квантовых компьютерах. Однако из-за того, что теплопроводность при таких температурах становится очень маленькой, повышается чувствительность к любым тепловым колебаниям. Поэтому снижение температуры работы наноэлектронных устройств ниже 10 милликельвинов (что всего на 0,001 градуса выше абсолютного ноля) — довольно сложная задача.

Группа физиков из Швейцарии, Германии и Финляндии под руководством Доминика Цумбюля (Dominik M. Zumbuehl) из Базельского университета предложила новый подход для понижения температуры работы наноэлектронных устройств. Для этого ученые использовали термометр, основанный на эффекте кулоновской блокады. Такой термометр состоит из массива металлических островков, соединенных между собой непроводящими участками. Если к этой системе приложить напряжение, то электроны смогут туннелировать между островками, и измеренная проводимость становится прямым показателем температуры. С помощью такого устройства можно измерять температуры, очень близкие к абсолютному нулю. Ученые предложили использовать подсоединенный к наночипу термометр непосредственно для его охлаждения.

Для этого авторы исследования охлаждали металлические элементы термометра (это электрические соединения с прибором и сами металлические островки) с помощью адиабатического ядерного размагничивания, при котором температура понижается за счет постепенного размагничивании ядерных спинов материала. Это помогло, во-первых, снизить вероятность всех процессов теплообмена в соединительных элементах, а во-вторых, дополнительно охладить сам чип. В результате удалось добиться работы наноэлектронного устройства при всего 2,8 милликельвина. То есть температура, при которой работает электронный чип оказалась всего на 0,0028 градуса выше температуры абсолютного ноля. Такую низкую температуру ученые смогли удерживать до 7 часов.

Для описания процесса охлаждения ученые предложили теоретическую модель, с помощью которой удалось показать, что при определенных условиях можно добиться значения в 1 милликельвин, что позволит изучить свойства электронных систем при температурах, очень близких к абсолютному нулю.

К использованию для охлаждения адиабатического размагничивания, и, тем более адиабатического ядерного размагничивания, приходится прибегать только при необходимости совсем низких температур. Обычно же для снижения температуры используют жидкие газы, например, в криогенной технике часто используется жидкий гелий, который добывают из природного газа или редких месторождений. С помощью него можно получать температуры около 4,2 кельвина. А если откачивать пары газа над свободной поверхностью жидкости, можно довести температуру даже до значения в 0,7 кельвина.

nplus1.ru

Войдите в свой аккаунт

Чтобы редактировать свою личную информацию и управлять бронированиями

Еще нет аккаунта? Создайте его
Создавая аккаунт, вы соглашаетесь с нашими Правилами и условиями и Положением о конфиденциальности

Вы успешно зарегистрированы. Спасибо.

Авторизируйтесь,
чтобы заполнить недостающую информацию о себе.

Ваш пароль сброшен.

На Ваш e-mail были отправлены дальнейшие инструкции,
по восстановлению пароля.

Теперь Вы подписаны на новости Refportal.com. Спасибо!

 

Символов: 250

Ваша заявка на добавление компании принята. Спасибо!

Информация о компании будет проверена нашими менеджерами и мы свяжемся с вами в ближайшее время.

Символов: 250

Ваша заявка на редактирование компании принята. Спасибо!

Информация о компании будет проверена нашими менеджерами и мы свяжемся с вами в ближайшее время.

Ваш запрос на добавление статьи принят. Спасибо!

Запрос будет обработан нашими менеджерами в ближайшее время.

Ваш запрос на добавление стандартов принят. Спасибо!

Запрос будет обработан нашими менеджерами в ближайшее время.