Изобретен квантовый холодильник, охлаждающий почти до абсолютного нуля

Новость в соцсетях
  • 8
  •  
  •  
  •  
квантовый холодильник

квантовый холодильник

В наше время все чаще привычные предметы и устройства приобретают необычные свойства за счет внедрения современных научных достижений. Хотя сегодня купить холодильник — не проблема, однако квантовый холодильник, разработанный американскими учеными вряд ли в ближайшее время появится в торговых залах магазинов, но может появиться в персональных компьютерах. Физики разработали холодильник, который, используя законы квантовой физики, способен снизить температуру почти до абсолютного нуля. Результаты работы сотрудников Национального института стандартов и технологий (NIST) опубликованы на сайте организации.

«Этот холодильник является одной из самых поразительных демонстраций использования на практике законов квантовой физики, — рассказывает Джоэл Алом (Joel Ullom), руководитель проекта. — Мы используем законы и эффекты квантовой механики, проявляющиеся в наноструктурах для охлаждения медного бруска, бруска, в миллионы раз тяжелее, чем сами охлаждающие элементы. Наш холодильник является редким на сегодняшний день видом нано- и микроэлектромеханической системы, управление которой производится на микроскопическом уровне».

Холодильный агрегат NIST состоит из 48 крошечных многослойных охлаждающих элементов, которые охлаждают квадратную пластину из меди, размером 2.5 сантиметра и толщиной 3 миллиметра, до температуры 290-256 мК. Процесс охлаждения занимает приблизительно 18 часов времени. Таких температур невозможно достичь стандартными криогенными технологиями — жидкий гелий охлаждает объекты до 300 милликельвинов (4,2 кельвина при атмосферном давлении). За счет применения более энергоэффективных сверхпроводящих элементов в конструкции холодильника, исследователи рассчитывают добиться минимальной температуры в 100 милликельвинов.

Охлаждающий элемент нового устройства состоит из 48 слоеных структур, в которых пластины обычного и сверхпроводящего металлов разделяет изолятор нанометровой толщины. При появлении разности потенциалов, «горячие» электроны из обычного металла переходят через изоляцию в сверхпроводник за счет туннельного эффекта. Металлическая пластина, в свою очередь, забирает тепловую энергию у охлаждаемого объекта.

Сообщается, что опытный образец квантового холодильника, который имеет размеры в десяток сантиметров, может использоваться подобно бытовому кухонному холодильнику, позволяя помещать внутрь и охлаждать различные объекты для научных целей. А мощность квантового холодильника с точки зрения вырабатываемого холода соответствует мощности большого кондиционера, применяемого для охлаждения больших помещений.

В ближайшем будущем ученые обещают настоящую революцию в системах охлаждения. Сначала квантовые охладители появятся в электронных микроскопах и телескопах, где сейчас применяют жидкий гелий для уменьшения тепловых колебаний, а через несколько лет — в домашних совершенно бесшумных компьютерах и прочих гаджетах.

Читайте также: