Про це розповідає KURAZH
Китайські науковці зробили прорив у сфері наднизькотемпературного охолодження, створивши унікальний твердотільний модуль на основі сплаву EuCo2Al9, який дозволяє досягати температур, близьких до абсолютного нуля, без використання дефіцитного та дорогого ізотопу гелію-3. Цей ізотоп традиційно незамінний для роботи квантових процесорів і надчутливих сенсорів через свою здатність охолоджувати системи до наднизьких температур. Однак його рідкість і висока вартість довгий час залишалися серйозною перешкодою для розвитку квантових технологій у промислових масштабах.
Новий підхід до охолодження: альтернатива гелію-3
Зазвичай для отримання температур навколо -273 °C використовують рефрижератори розчинення, що працюють на суміші гелію-4 і гелію-3. Оскільки гелій-3 практично не добувають з природних джерел, його виробляють як побічний продукт розпаду тритію в ядерній промисловості, що обмежує доступність і підвищує ціну. Відтак, пошук альтернативних рішень для отримання екстремального холоду є надзвичайно актуальним завданням для наукової спільноти.
“Китайська розробка базується на сполуці європію, кобальту та алюмінію (EuCo2Al9). Цей сплав використовує принцип адіабатичного розмагнічування (ADR). Якщо максимально спростити: матеріал намагнічують, він виділяє тепло, яке відводять, а потім розмагнічують — і він різко охолоджується. Раніше цей метод вважався допоміжним, але новий склад металів робить його повноцінною альтернативою газовим системам”.
Переваги металевого сплаву EuCo2Al9
Головна інновація EuCo2Al9 полягає у використанні принципу адіабатичного розмагнічування (ADR), який раніше був обмежений використанням парамагнітних солей із низькою теплопровідністю. Такі матеріали добре охолоджувалися, але не могли ефективно передавати холод іншим компонентам, що ускладнювало їхню практичну інтеграцію у складні системи, наприклад, квантові комп’ютери. На відміну від солей, новий металевий сплав має теплопровідність, характерну для звичайних металів, тому здатен ефективно відводити тепло від підключених елементів. Це відкриває шлях до створення компактних, безшумних кріомодулів без використання компресорів, насосів чи складних трубопроводів для газів.
Потенційні сфери використання цієї технології охоплюють військову електроніку для швидкого охолодження інфрачервоних сенсорів, космічні апарати, де мінімізація ваги і об’єму має критичне значення, а також квантові обчислювальні системи, яким потрібні надійні та доступні рішення для досягнення наднизьких температур. Відсутність потреби у гелії-3 суттєво зменшує витрати та спрощує логістику, що може сприяти поширенню квантових технологій у світі.
- Військова електроніка: забезпечення екстремального охолодження для сенсорів та систем управління;
- Космічна галузь: оптимізація ваги та об’єму обладнання при неможливості обслуговування газових систем;
- Квантові технології: створення компактних кріостатів без залежності від постачальників гелію.
Хоча масове впровадження цієї технології ще попереду, створення робочого прототипу на базі EuCo2Al9 вже стало знаковою подією для світового ринку низькотемпературних технологій. У разі успішного масштабування виробництва цей сплав може суттєво знизити бар’єр входу у сферу квантових досліджень для лабораторій по всьому світу.
Поки що схожі інновації у сфері наднизьких температур розвиваються паралельно з модернізацією традиційних енергетичних потужностей. Так, у США нещодавно вперше за останні 70 років запустили нову лінію очищення урану для забезпечення сучасних ядерних реакторів.
