Fysiker vid universitetet i Basel har lyckats kyla ett nanoelektroniskt chip till en temperatur lägre än 3 millikelvin. Forskarna från institutionen för fysik och det schweiziska nanovetenskapsinstitutet slog detta rekord i samarbete med kollegor från Tyskland och Finland. De använde magnetisk kylning för att kyla de elektriska anslutningarna såväl som själva chippet. Resultaten publicerades i tidskriften Bokstäver i tillämpad fysik .

Även forskare gillar att tävla om rekord, vilket är anledningen till att många arbetsgrupper över hela världen använder högteknologiska kylskåp för att nå temperaturer så nära absolut noll som möjligt. Absolut noll är 0 kelvin eller -273,15°C. Fysiker strävar efter att kyla sin utrustning till så nära absolut noll som möjligt, eftersom dessa extremt låga temperaturer erbjuder idealiska förutsättningar för kvantexperiment och tillåter att helt nya fysiska fenomen undersökas.

Kylning genom att stänga av ett magnetfält

Gruppen ledd av Basel-fysikern professor Dominik Zumbühl hade tidigare föreslagit att man skulle använda principen om magnetisk kylning i nanoelektronik för att kyla nanoelektroniska enheter till oöverträffade temperaturer nära absolut noll. Magnetisk kylning bygger på det faktum att ett system kan kylas ner när ett pålagt magnetfält rampas ner samtidigt som externt värmeflöde undviks. Innan du rampar ner, magnetiseringsvärmen måste avlägsnas med en annan metod för att erhålla effektiv magnetisk kylning.

En lyckad kombination

Så här lyckades Zumbühls team kyla ett nanoelektroniskt chip till en temperatur under 2,8 millikelvin, därigenom uppnå ett nytt lågtemperaturrekord. Dr Mario Palma, huvudförfattare till studien, och hans kollega Christian Scheller använde framgångsrikt en kombination av två kylsystem, som båda var baserade på magnetisk kylning. De kylde alla chipets elektriska anslutningar till temperaturer på 150 mikrokelvin – en temperatur som är mindre än en tusendels grad från absoluta nollpunkten.

De integrerade sedan ett andra kylsystem direkt i själva chipet, och placerade även en Coulomb blockadtermometer på den. Konstruktionen och materialsammansättningen gjorde det möjligt för dem att magnetiskt kyla denna termometer till en temperatur nästan så låg som absolut noll också.

"Kombinationen av kylsystem gjorde att vi kunde kyla ner vårt chip till under 3 millikelvin, och vi är optimistiska än att vi kan använda samma metod för att nå den magiska gränsen på 1 millikelvin, " säger Zumbühl. Det är också anmärkningsvärt att forskarna är i en position att hålla dessa extremt låga temperaturer under en period av sju timmar. Detta ger tillräckligt med tid för att genomföra olika experiment som kommer att hjälpa till att förstå fysikens egenskaper nära den absoluta nollpunkten.