I fisici dell'Università di Basilea sono riusciti a raffreddare un chip nanoelettronico a una temperatura inferiore a 3 millikelvin. Gli scienziati del Dipartimento di Fisica e dello Swiss Nanoscience Institute hanno stabilito questo record in collaborazione con colleghi di Germania e Finlandia. Hanno usato il raffreddamento magnetico per raffreddare i collegamenti elettrici e il chip stesso. I risultati sono stati pubblicati sulla rivista Lettere di fisica applicata .

Anche agli scienziati piace competere per i record, ecco perché numerosi gruppi di lavoro nel mondo stanno utilizzando frigoriferi ad alta tecnologia per raggiungere temperature il più possibile prossime allo zero assoluto. Lo zero assoluto è 0 kelvin o -273.15°C. I fisici mirano a raffreddare le loro apparecchiature il più vicino possibile allo zero assoluto, perché queste temperature estremamente basse offrono le condizioni ideali per esperimenti quantistici e consentono di esaminare fenomeni fisici completamente nuovi.

Raffreddamento disattivando un campo magnetico

Il gruppo guidato dal fisico di Basilea, il professor Dominik Zumbühl, aveva precedentemente suggerito di utilizzare il principio del raffreddamento magnetico nella nanoelettronica per raffreddare i dispositivi nanoelettronici a temperature senza precedenti vicine allo zero assoluto. Il raffreddamento magnetico si basa sul fatto che un sistema può raffreddarsi quando un campo magnetico applicato viene ridotto mentre viene evitato qualsiasi flusso di calore esterno. Prima di rallentare, il calore di magnetizzazione deve essere rimosso con un altro metodo per ottenere un efficiente raffreddamento magnetico.

Una combinazione di successo

È così che il team di Zumbühl è riuscito a raffreddare un chip nanoelettronico a una temperatura inferiore a 2,8 millikelvin, ottenendo così un nuovo record di bassa temperatura. Dott. Mario Palma, autore principale dello studio, e il suo collega Christian Scheller hanno utilizzato con successo una combinazione di due sistemi di raffreddamento, entrambi basati sul raffreddamento magnetico. Hanno raffreddato tutte le connessioni elettriche del chip a temperature di 150 microkelvin, una temperatura a meno di un millesimo di grado dallo zero assoluto.

Hanno quindi integrato un secondo sistema di raffreddamento direttamente nel chip stesso, e vi mise anche un termometro di blocco di Coulomb. La costruzione e la composizione del materiale hanno permesso loro di raffreddare magneticamente questo termometro anche a una temperatura quasi pari allo zero assoluto.

"La combinazione di sistemi di raffreddamento ci ha permesso di raffreddare il nostro chip fino a meno di 3 millikelvin, e siamo ottimisti sul fatto che possiamo usare lo stesso metodo per raggiungere il magico limite di 1 millikelvin, " dice Zumbühl. È anche notevole che gli scienziati siano in grado di mantenere queste temperature estremamente basse per un periodo di sette ore. Ciò fornisce abbastanza tempo per condurre vari esperimenti che aiuteranno a comprendere le proprietà della fisica vicine allo zero assoluto.