Китайские учёные создали сверххолодный сплав, работающий без гелия-3

Китайские учёные разработали новую технологию охлаждения на основе редкоземельного сплава, способную достигать температур, близких к абсолютному нулю, без использования гелия-3. Об этом сообщает издание South China Morning Post. Такой сплав может стать основой для компактных криогенных систем, не требующих гелия-3, которые найдут применение в сверхпроводящих квантовых чипах, передовой военной электронике и космических аппаратах.

Исследовательская группа создала компактный твердотельный охлаждающий модуль без движущихся частей, который достиг температуры 106 милликельвинов (мК), что соответствует -273°C. Такой температуры обычно добиваются с помощью жидкого гелия. Модуль основан на редкоземельном соединении европия, кобальта и алюминия (EuCo₂Al₉, ECA), обладающем теплопроводностью, сравнимой с металлами, и способном эффективно охлаждать себя и другие компоненты с помощью адиабатического размагничивания (ADR).

Принцип ADR относительно прост: магнитный материал помещается в магнитное поле, которое заставляет его внутренние магнитные моменты выстроиться, выделяя тепло. Затем, когда система изолирована, магнитное поле убирают, моменты возвращаются в неупорядоченное состояние, поглощая тепло и понижая температуру. Поскольку этот метод основан на твёрдых материалах, а не на гелии-3, он позволяет обойтись без этого дефицитного изотопа, критически важного для традиционных субкельвиновых систем охлаждения.

Однако у ADR был исторический недостаток: используемые материалы могли становиться очень холодными сами по себе, но плохо передавали этот холод другим компонентам, что ограничивало их практическую полезность. Соединение EuCo₂Al₉, разработанное китайской командой, лишено этого минуса: оно способно охлаждать как себя, так и другие элементы, делая возможными системы охлаждения до температур, близких к абсолютному нулю, без использования гелия-3.

Благодаря компактности и малому весу новый охлаждающий модуль может привести к созданию более портативных криогенных систем. Это особенно ценно для квантовых компьютеров, которые становятся новым полем международного соперничества. Компактная система охлаждения может позволить создавать высокомасштабируемые квантовые вычислительные платформы с недостижимой сегодня производительностью.

Китайская академия наук заявила, что сплав имеет потенциал для массового производства, и модуль охлаждения на его основе уже успешно продемонстрирован.

Эта разработка появилась на фоне растущего интереса к альтернативам гелию-3. 27 января Агентство перспективных оборонных исследовательских проектов США (DARPA) объявило о поиске модульных систем охлаждения, не зависящих от гелия-3, для квантовых и оборонных технологий нового поколения. Менее чем через две недели китайские исследователи опубликовали свои результаты, что сигнализирует об их опережении в этой гонке.

ИИ: Прорыв в криогенике без использования дефицитного гелия-3 — это серьёзный шаг вперёд не только для фундаментальной науки, но и для прикладных областей вроде квантовых вычислений и космоса. Интересно, что публикация результатов китайских учёных последовала почти сразу после запроса DARPA, что добавляет истории элемент технологического соперничества.