Физики охладили наноэлектронный чип до рекордно низкой температуры

Физики охладили наноэлектронный чип до рекордно низкой температуры

Минимальную температуру работы наноэлектронных устройств понизили до 2,8 милликельвина. Такой величины удалось добиться в результате охлаждения с помощью адиабатического ядерного размагничивания как самого чипа, так и соединительных элементов. В дальнейшем с помощью подобного подхода можно получить температуры и в 0,1 милликельвина, пишут ученые в статье в Applied Physics Letters.

Чтобы в наноэлектронном устройстве реализовать неустойчивые квантовые состояния, его температура должна быть близка к абсолютному нулю (это−273,15 градусов Цельсия). Именно низкая температура позволяет повысить устойчивость квантовых фаз с необычным упорядочением ядерных спинов, а также снижает вероятность декогеренции кубитов в квантовых компьютерах. Однако из-за того, что теплопроводность при таких температурах становится очень маленькой, повышается чувствительность к любым тепловым колебаниям. Поэтому снижение температуры работы наноэлектронных устройств ниже 10 милликельвинов (что всего на 0,001 градуса выше абсолютного ноля) — довольно сложная задача.

Группа физиков из Швейцарии, Германии и Финляндии под руководством Доминика Цумбюля (Dominik M. Zumbuehl) из Базельского университета предложила новый подход для понижения температуры работы наноэлектронных устройств. Для этого ученые использовали термометр, основанный на эффекте кулоновской блокады. Такой термометр состоит из массива металлических островков, соединенных между собой непроводящими участками. Если к этой системе приложить напряжение, то электроны смогут туннелировать между островками, и измеренная проводимость становится прямым показателем температуры. С помощью такого устройства можно измерять температуры, очень близкие к абсолютному нулю. Ученые предложили использовать подсоединенный к наночипу термометр непосредственно для его охлаждения.

Для этого авторы исследования охлаждали металлические элементы термометра (это электрические соединения с прибором и сами металлические островки) с помощью адиабатического ядерного размагничивания, при котором температура понижается за счет постепенного размагничивании ядерных спинов материала. Это помогло, во-первых, снизить вероятность всех процессов теплообмена в соединительных элементах, а во-вторых, дополнительно охладить сам чип. В результате удалось добиться работы наноэлектронного устройства при всего 2,8 милликельвина. То есть температура, при которой работает электронный чип оказалась всего на 0,0028 градуса выше температуры абсолютного ноля. Такую низкую температуру ученые смогли удерживать до 7 часов.

Для описания процесса охлаждения ученые предложили теоретическую модель, с помощью которой удалось показать, что при определенных условиях можно добиться значения в 1 милликельвин, что позволит изучить свойства электронных систем при температурах, очень близких к абсолютному нулю.

К использованию для охлаждения адиабатического размагничивания, и, тем более адиабатического ядерного размагничивания, приходится прибегать только при необходимости совсем низких температур. Обычно же для снижения температуры используют жидкие газы, например, в криогенной технике часто используется жидкий гелий, который добывают из природного газа или редких месторождений. С помощью него можно получать температуры около 4,2 кельвина. А если откачивать пары газа над свободной поверхностью жидкости, можно довести температуру даже до значения в 0,7 кельвина.

N+1

Похожие новости:
Ионы заморозят для повышения производительности компьютеров
Ученые с помощью лазера научились останавливать движение иона. По словам экспертов, их открытие найдет применение при создании будущих производительных компьютеров. Результаты своих исследований авторы опубликовали в журнале Nature Communications. В своем опыте ученые научились при помощи лазера ..
2014-09-05 1052 0 Электроника
0
Firefox-смартфон поступает в продажу за 69 евро
В Mozilla с самого начала обещали, что смартфоны на Firefox OS будут дешевыми, однако мало кто думал, что цена окажется настолько низкой. Смартфон ZTE Open, поступающий завтра в широкую продажу в Испании, оценили в 69 евро (примерно 3 000 рублей). Вдобавок к рекордно низкой стоимости ..
2013-07-2 1159 0 Электроника
1
Материал для сверхбыстрой памяти нашли в старых DVD
Физики из США и Германии выяснили, что один из халькогенидных материалов — теллурид серебра, индия и сурьмы — способен изменять свое электрическое сопротивление быстрее, чем за одну триллионную долю секунды. По словам ученых, такое быстрое «переключение» свойств позволит создать на основе халькогенидов ..
2016-08-09 1780 0 Электроника
0
Физики побили рекорд плотности записи информации
Физики из Университета Дельфта реализовали устройство с рекордно высокой плотностью информации — для кодирования одного бита используется всего лишь несколько атомов. Такая технология позволит записать в одном квадратном сантиметре поверхности около 10 терабайт информации, а на площади традиционных ..
2016-07-19 1549 0 Электроника
0
В Лондоне анонсирован самый тонкий смартфон в мире
Китайская Huawei полна решимости потеснить таких лидеров рынка смартфонов как Apple и Samsung. Для этого ей нужен был аппарат, привлекающий внимание. Таким стал Android-смартфон Ascend P6, толщина которого составляет рекордно малые 6,18 мм (на 1,42 мм тоньше iPhone 5). Привлекательны ..
2013-06-19 1292 0 Электроника
0
Сверхтонкий жесткий диск сделает ультрабуки компактнее
Компания Western Digital анонсировала необычный жесткий диск с емкостью 500 гигабайт при рекордно малойтолщине в 5 миллиметров. Устройство выполнено по гибридной технологии, превращающей его в скоростной накопитель, отвечающий жестким требованиям Intel. Компания утверждает, что разработанный ей накопитель является самым тонким в мире ..
2012-09-14 1606 0 Электроника
0
Китай потеснил США в рейтинге самых быстрых суперкомпьютеров
Количество китайских суперкомпьютеров в рейтинге Top-500 почти утроилось в ноябре по сравнению с июньским списком. При этом количество выскопроизводительных систем США несколько снизилось. Об этом свидетельствует ноябрьский список Top-500.В свежем рейтинге в число 500 самых быстрых суперкомьютеров вошли 109 (22 процента ..
2015-11-22 3196 0 Электроника
-1
Минфин в три раза урезал закупку iPad
Минфин во второй раз пытается закупить iPad 2 для своих руководителей. Предыдущая попытка завершилась неудачей из-за того, что ведомство решило получить устройства по столь низкой цене, что никто не захотел участвовать в конкурсе. В новом тендере цены на iPad 2 подросли, однако ..
2012-03-23 979 0 Электроника
0
Amazon планирует выпуск двух 7-дюймовых Kindle Fire
Уже давно ходят слухи, что Amazon собирается выпустить большую 10-дюймовую версию планшета Kindle Fire в этом году. Несмотря на то, что Amazon до сих пор не подтвердила эти слухи, она сделала официальное заявление, утверждая, что вместо 10-дюймового планшета Kindle Fire она готовит к выпуску две 7-дюймовые ..
2012-09-5 989 0 Электроника
0
В Берлине открыта выставка IFA
Всегда большие, красивые и умные. В эту пятницу и до 5 сентября в Берлине открыла двери выставка IFA. Производители приступили к новой гонке инноваций. На выставке представлены телевизоры которые можно будет лицезреть в ближайшем будущем. Они в корне изменят наше представление о телевидении ..
2012-09-2 1503 0 Электроника
0
Квантовый компьютер впервые использовали для моделирования физики высоких энергий
Физики из Университета Иннсбрука (Австрия) и Технического университета Мюнхена (Германия) впервые использовали квантовый вычислитель для моделирования физики высоких энергий. С помощью четырехкубитного квантового компьютера авторы выяснили закономерности рождения электрон-позитронных пар из-за флуктуаций вакуума. Исследование опубликовано ..
2016-06-23 1335 0 Электроника
0
Toshiba разработала камеру обнаружения радиации
Компания Toshiba разработала портативную гамма-камеру, которая позволяет обнаруживать так называемые радиационные пятна. Portable Gamma Camera представляет собой улучшенную версию камеры, которая использовалась на японской АЭС Фукусима-1. Тестирование устройства будет проходить на территории Фукусимы в течение ..
2012-01-4 1203 0 Электроника
0
Премиальный видеорегистратор Akenori DriveCam 1080PRO
В видеорегистраторе премиум-класса Akenori DriveCam 1080PRO применены широкоугольный 5-линзовый стеклянный объектив Pentax и современная СMOS-матрица на 5 Мпикс, приспособленная к работе при низкой освещенности. Также устройство располагает 2,4-дюймовым дисплеем, динамиком, микрофоном, портами USB 2.0 и HDMI v.1.2. Оно способно записывать ..
2011-12-3 1329 0 Электроника
0
В США изобретен уникальный робот
Ученые Лаборатории прикладной физики при Университете Джонса Хопкинса в Мэриленде изобрели человекообразного робота. «Робо Салли» может управляться дистанционно и выполнять работу, опасную для людей. Новое изобретение обладает двумя руками, с помощью которых «Робо Салли» может поднимать ..
2013-09-13 2425 0 Электроника
0
HP представила самый тонкий и легкий бизнес-ноутбук
Американская компания Hewlett-Packard (HP) представила ноутбук EliteBook Folio 1020 Special Edition (SE), масса которого составляет ровно один килограмм, — это самый легкий бизнес-ноутбук, по данным производителя. Об этом сообщает корреспондент «Ленты.ру» с конференции HP Discover. На мероприятии ..
2014-12-04 1969 0 Электроника
-2