Des scientifiques de la plus ancienne université de Suisse, Bâle, ont établi un nouveau record de température pour un refroidissement ultra-fort de la matière. Mais le développement le plus précieux promet d’être la capacité d’adapter l’approche utilisée pour refroidir les processeurs quantiques et même les semi-conducteurs conventionnels.

Configuration expérimentale (le capteur thermique est situé au centre à côté de la règle). Source de l'image : Université de Bâle

Configuration expérimentale (le capteur de température est situé au centre à côté de la règle). Source de l’image : Université de Bâle

La solution proposée est une chaîne d’un réseau d’îlots de cuivre sur un substrat de silicium. Le même circuit ou un circuit similaire fonctionne comme un thermomètre – mesurer une température basse record est aussi difficile que de l’atteindre. L’échantillon a été refroidi à l’aide de deux technologies : à l’aide de champs magnétiques et à l’aide d’hélium liquide.

Le principal raffinement de l’unité de réfrigération était une fixation très «rigide» de l’échantillon, qui permettait de se débarrasser de l’influence «thermique» du système de réfrigération. Pendant le fonctionnement, le réfrigérateur à base d’hélium crée des vibrations qui sont transmises à l’échantillon et ne lui permettent pas de se refroidir autant qu’il le pourrait. Rappelons que refroidir une substance à des températures proches du zéro absolu revient à ralentir au maximum les vibrations des atomes de cette substance. En fait, les lois de la mécanique quantique entrent en jeu, et les états quantiques sont détruits à tout « éternuement ».

L’échantillon solidement fixé a d’abord été recouvert d’un champ magnétique puissant, qui a ordonné les spins des atomes de cuivre et a permis de refroidir efficacement le matériau, puis de le refroidir progressivement à l’aide d’un réfrigérateur à dissolution (fixation de l’échantillon joué à ce stade). À la troisième étape, le champ magnétique a été progressivement réduit à néant, ce qui a réduit l’énergie magnétique de l’échantillon et réduit encore les oscillations des atomes de cuivre (et refroidi un peu plus l’échantillon).

Source de l'image : Recherche sur l'examen physique

Source de l’image : Recherche sur l’examen physique

Le refroidissement combiné a permis d’atteindre un nouveau record de température minimale de 220 μK, soit seulement 220 millionièmes de degré au-dessus du zéro absolu. A l’avenir, les chercheurs veulent utiliser leur méthode pour encore décupler les températures et, à l’avenir, l’adapter au refroidissement des matériaux semi-conducteurs. Cela ouvrira la voie à l’étude de nouveaux effets quantiques et à diverses applications telles que l’optimisation des qubits dans les ordinateurs quantiques. De plus, les travaux ont été publiés dans la publication Physical Review Research .

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