零下多少度电子芯片会坏()

导读

瑞士巴塞尔大学的物理学家们成功地将一种纳米电子芯片冷却至3毫开尔文以下。瑞士、德国、芬兰三国科学家合作创造了这项纪录。他们使用“磁冷却”的方法冷却电气连接和芯片本身。

背景

时下,隆冬已至,温度降至零下几摄氏度,就已经让我们冻得瑟瑟发抖。

然而,这一切比起最寒冷的温度:绝对零度,还差很远。绝对零度,是热力学的最低温度,但只是理论上的下限值。热力学温标的单位是开尔文(K),绝对零度就是开尔文温度标(简称开氏温度标,记为K)定义的零点。0K约等于摄氏温标零下273.15摄氏度,即0开尔文或者-273.15°C。

接近绝对零度时,会发生许多奇特的物理现象,其中最著名的就是:超导现象。1911年,荷兰科学家发现,将汞冷却至 -268.98℃(4.2K)时,汞的电阻几乎突然消失了。此时,汞实际上就成为了超导体。

(图片来源:维基百科)

科学家们争相创造最低温度的纪录,全世界大量的研究小组使用高科技冷冻机,使温度尽可能地接近绝对零度。之所以物理学家们尽可能地将他们的装置冷却至接近绝对零度,是因为这种极端低温为量子设备提供了一种理想条件,用于检验全新的物理现象。

创新

最近,瑞士巴塞尔大学的物理学家们成功地将一种纳米电子芯片冷却至3毫开尔文以下。瑞士纳米科学研究所物理系的科学家们,与德国和芬兰的大学合作,创造了这项纪录。他们使用“磁冷却”的方法冷却电气连接以及芯片本身。研究成果发表于《 Applied Physics Letters》期刊。

(图片来源:巴塞尔大学物理系)

技术

巴塞尔大学物理系教授 Dominik Zumbühl 领导的科研小组之前表示,在纳米电子领域,利用“磁冷却”原理可以冷却纳米电子设备,使其前所未有地接近绝对零度。磁冷却基于这样一个事实:当施加的磁场逐渐下降且避免任何的外界热流时,系统可以逐渐冷却下来。在系统温度下降之前,磁化的热量需要通过其他方法去除,从而保证有效的磁冷却。

(图片来源:参考资料【2】)

这正是Zumbühl 的团队所用的方法,他们将纳米电子芯片的温度冷却至2.8毫开尔文以下,创造了新的低温纪录。论文领导作者Mario Palma 博士和他的同事 Christian Scheller 成功地结合了这两种基于磁冷却的冷却系统。他们将芯片的所有电气连接冷却至150微开尔文,而这个温度距离绝对零度不足千分之一摄氏度。

然后,他们将第二个冷却系统直接集成到芯片本身中,并在它上面安放了一个库仑阻塞温度计。这种构造和材料成分,让他们能够通过磁场将这个温度计的温度冷却至接近于绝对零度。

价值

Zumbühl 表示,这两种冷却系统的结合让他们可以将芯片的温度冷却至3毫开尔文以下,而且他们对于使用同样的方法达到神奇的1毫开尔文的极限,感到乐观。

另外一点也非常引人注目,科学家们可以将这些极低的温度保持超过7小时。这为开展各种实验,理解接近绝对零度时的物理特性,提供了足够的时间。

关键字

绝对零度、芯片

参考资料

【1】https://www.unibas.ch/en/News-Events/News/Uni-Research/The-coldest-chip-in-the-world.html

【2】M. Palma, C. P. Scheller, D. Maradan, A. V. Feshchenko, M. Meschke, D. M. Zumbühl. On-and-off chip cooling of a Coulomb blockade thermometer down to 2.8 mK. Applied Physics Letters, 2017; 111 (25): 253105 DOI: 10.1063/1.5002565

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