Khoa học kỹ thuật và công nghệ

Chế tạo chip lạnh nhất thế giới (04/01/2018)

Các nhà vật lý tại trường Đại học Basel và Viện nghiên cứu Khoa học nano Thụy Sỹ đã làm lạnh thành công chip nano điện tử ở nhiệt độ thấp hơn 3 milikelvin. Nhóm nghiên cứu đã sử dụng kỹ thuật làm lạnh từ tính để làm lạnh các kết nối điện cũng như chính con chip. Kết quả nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Applied Physics Letters.

Hình ảnh minh họa.

Nhiều nhóm nghiên cứu khác trên toàn thế giới đang sử dụng tủ lạnh công nghệ cao để đạt mức gần bằng nhiệt độ không tuyệt đối. Không tuyệt đối là 0 độ kelvin hay -273,15 độ C. Làm lạnh các thiết bị đến mức nhiệt này là mục tiêu các nhà vật lí hướng tới, vì đây là điều kiện lý tưởng để thực hiện các thí nghiệm lượng tử và cho phép kiểm tra các hiện tượng vật lý mới.

Làm lạnh bằng cách ngắt từ trường

Nhóm nghiên cứu do Dominik Zumbühl, Giáo sư vật lí Basel tại trường Đại học Basel dẫn đầu, trước đây đã đưa ra ý tưởng sử dụng nguyên lý làm lạnh bằng từ trường trong các thiết bị điện tử nano ở nhiệt độ 0 tuyệt đối - mức nhiệt bất ngờ. Làm lạnh từ tính dựa vào thực tế là một hệ thống có thể hạ nhiệt khi hoạt động của từ trường giảm trong khi lại tránh bất cứ dòng nhiệt nào. Trước khi hạ nhiệt, nhiệt từ hóa cần được loại bỏ bằng một phương pháp khác để đạt được hiệu quả làm lạnh từ tính.

Sự kết hợp thành công

Nhóm nghiên cứu đã làm lạnh thành công chip nano điện tử ở mức nhiệt dưới 2,8 milikelvin, lập kỷ lục mới về nhiệt độ thấp. TS. Palma, trưởng nhóm nghiên cứu và các cộng sự đã sử dụng kết hợp hai hệ thống làm lạnh, trong đó cả hai hệ thống này đều dựa vào kỹ thuật làm lạnh từ tính. Các kết nối điện của chip đã được làm lạnh ở nhiệt độ 150 microkelvin, thấp hơn một phần nghìn độ so với nhiệt độ không tuyệt đối.

Sau đó, nhóm nghiên cứu đã tích hợp trực tiếp một hệ thống làm mát thứ hai vào trong chip và đặt nhiệt kế Coulomb lên trên. Phương thức chế tạo và thành phần của vật liệu cho phép làm lạnh từ tính nhiệt kế này ở mức gần nhiệt độ không tuyệt đối.

GS. Zumbühl cho rằng: Sự kết hợp của các hệ thống làm lạnh cho phép nhóm nghiên cứu làm lạnh chip ở mức dưới 3 milikelvin và có thể áp dụng cùng một phương pháp để đạt được giới hạn 1 millikelvin. Điểm đáng chú ý là các nhà khoa học có thể duy trì nhiệt độ cực thấp trong vòng 7 giờ, đủ thời gian để thực hiện nhiều thí nghiệm tìm hiểu tính chất vật lý ở gần nhiệt độ không tuyệt đối.

Nguồn: N.P.D (NASATI),

Cập nhật: 03/01/2018