Об этом сообщает KURAZH
Китайские ученые сделали прорыв в области сверхнизкотемпературного охлаждения, создав уникальный твердотельный модуль на основе сплава EuCo2Al9, который позволяет достигать температур, близких к абсолютному нулю, без использования дефицитного и дорогого изотопа гелия-3. Этот изотоп традиционно незаменим для работы квантовых процессоров и сверхчувствительных сенсоров благодаря своей способности охлаждать системы до сверхнизких температур. Однако его редкость и высокая стоимость долгое время оставались серьезным препятствием для развития квантовых технологий в промышленных масштабах.
Новый подход к охлаждению: альтернатива гелию-3
Обычно для получения температур около -273 °C используют рефрижераторы растворения, работающие на смеси гелия-4 и гелия-3. Поскольку гелий-3 практически не добывают из природных источников, его производят как побочный продукт распада трития в ядерной промышленности, что ограничивает доступность и повышает цену. Таким образом, поиск альтернативных решений для достижения экстремального холода является крайне актуальной задачей для научного сообщества.
«Китайская разработка основана на соединении европия, кобальта и алюминия (EuCo2Al9). Этот сплав использует принцип адиабатического размагничивания (ADR). Если максимально упростить: материал намагничивают, он выделяет тепло, которое отводят, а затем размагничивают — и он резко охлаждается. Ранее этот метод считался вспомогательным, но новый состав металлов делает его полноценной альтернативой газовым системам».
Преимущества металлического сплава EuCo2Al9
Главная инновация EuCo2Al9 заключается в использовании принципа адиабатического размагничивания (ADR), который ранее был ограничен использованием парамагнитных солей с низкой теплопроводностью. Такие материалы хорошо охлаждались, но не могли эффективно передавать холод другим компонентам, что усложняло их практическую интеграцию в сложные системы, например, квантовые компьютеры. В отличие от солей, новый металлический сплав обладает теплопроводностью, характерной для обычных металлов, поэтому способен эффективно отводить тепло от подключенных элементов. Это открывает путь к созданию компактных, бесшумных криомодулей без использования компрессоров, насосов или сложных трубопроводов для газов.
Потенциальные сферы применения этой технологии охватывают военную электронику для быстрого охлаждения инфракрасных сенсоров, космические аппараты, где минимизация веса и объема имеет критическое значение, а также квантовые вычислительные системы, которым нужны надежные и доступные решения для достижения сверхнизких температур. Отсутствие необходимости в гелии-3 существенно снижает затраты и упрощает логистику, что может способствовать распространению квантовых технологий в мире.
- Военная электроника: обеспечение экстремального охлаждения для сенсоров и систем управления;
- Космическая отрасль: оптимизация веса и объема оборудования при невозможности обслуживания газовых систем;
- Квантовые технологии: создание компактных криостатов без зависимости от поставщиков гелия.
Хотя массовое внедрение этой технологии еще впереди, создание рабочего прототипа на базе EuCo2Al9 уже стало знаковым событием для мирового рынка низкотемпературных технологий. В случае успешного масштабирования производства этот сплав может существенно снизить барьер входа в сферу квантовых исследований для лабораторий по всему миру.
Пока что подобные инновации в области сверхнизких температур развиваются параллельно с модернизацией традиционных энергетических мощностей. Так, в США недавно впервые за последние 70 лет запустили новую линию очистки урана для обеспечения современных ядерных реакторов.
