Знайдено альтернативу гелію-3 для квантового охолодження

Дослідникам вдалося створити твердотільний модуль охолодження на основі рідкісноземельного сплаву, здатний досягати температур, близьких до абсолютного нуля, і при цьому повністю обходитися без дефіцитного газу.

Для роботи квантових процесорів і високочутливих сенсорів необхідні наднизькі температури — близько -273 °C. Зазвичай такі умови забезпечують за допомогою розріджувальних рефрижераторів, у яких використовують суміш гелію-4 та гелію-3. Основна складність полягає в тому, що гелій-3 практично не видобувається в промислових масштабах: він утворюється як побічний продукт розпаду тритію, що застосовується у ядерній сфері. У результаті цей ресурс залишається дефіцитним, дорогим, а його постачання часто супроводжується складною та непрозорою логістикою.

Розробка китайських фахівців базується на сполуці європію, кобальту й алюмінію (EuCo₂Al₉). В її основі лежить принцип адіабатичного розмагнічування (ADR). Якщо пояснити спрощено, матеріал спочатку намагнічують, під час чого він виділяє тепло, яке відводиться назовні, після чого відбувається розмагнічування — і речовина різко охолоджується. Раніше цей підхід вважався лише допоміжним, однак новий склад дозволяє розглядати його як повноцінну альтернативу газовим системам охолодження.

Метод ADR відомий вже давно, проте раніше він стикався з серйозним обмеженням. Використовувані матеріали, як правило парамагнітні солі, мали вкрай низьку теплопровідність. Вони ефективно охолоджували самі себе, але майже не передавали холод зовнішнім елементам, наприклад квантовим чипам. Це можна порівняти з холодильником, усередині якого холодно, але його внутрішні поверхні погано проводять тепло — у результаті продукти все одно залишаються теплими.

Сплав EuCo₂Al₉ змінює ситуацію. Оскільки він є металевою сполукою, його теплопровідність порівнянна зі звичайними металами. За словами дослідників з Китайської академії наук, такий модуль не просто охолоджується, а активно відводить тепло від підключених компонентів. Це відкриває можливість створення компактних систем охолодження без рухомих частин, насосів і складних трубопроводів для циркуляції газів.

Потенціал технології виходить далеко за межі наукових лабораторій. Завдяки компактності та відсутності вібрацій (через відсутність компресорів) вона може бути затребувана в низці ключових напрямів.