Прощай, дорогой гелий: китайский сплав охлаждает электронику до абсолютного нуля

Китайские исследователи, похоже, нашли способ обойти одно из самых дорогих препятствий на пути к квантовому будущему. Речь идет о критической зависимости от гелия-3 — чрезвычайно редкого изотопа, цена которого заставляет финансовых директоров технологических компаний нервно вздрагивать. Как сообщает South China Morning Post, ученые разработали твердотельный охлаждающий модуль на основе редкоземельного сплава, который достигает температур, близких к абсолютному нулю, без капли дефицитного газа.

Конец гелиевой монополии

Для работы квантовых процессоров или сверхчувствительных сенсоров нужен экстремальный холод — примерно -273 °C. Традиционно это достигается с помощью рефрижераторов растворения, использующих смесь гелия-4 и гелия-3. Проблема в том, что гелий-3 не добывается из земли в промышленных масштабах: это побочный продукт распада трития, который используется в ядерном оружии. Его мало, он дорог, а логистика поставок часто напоминает шпионский триллер.

Китайская разработка основана на соединении европия, кобальта и алюминия (EuCo2Al9). Этот сплав использует принцип адиабатического размагничивания (ADR). Если максимально упростить: материал намагничивают, он выделяет тепло, которое отводят, а затем размагничивают — и он резко охлаждается. Ранее этот метод считался вспомогательным, но новый состав металлов делает его полноценной альтернативой газовым системам.

Металлический рецепт против физических ограничений

Метод ADR известен давно, но ранее он имел существенный недостаток. Материалы, которые использовались (обычно парамагнитные соли), имели ужасную теплопроводность. Они отлично охлаждали сами себя, но почти не могли передать этот холод другим компонентам, например, тому же квантовому чипу. Это как иметь холодильник, который внутри ледяной, но его полки сделаны из толстого пенопласта — продукты все равно останутся теплыми.

Сплав EuCo2Al9 меняет правила игры. Будучи металлическим соединением, он имеет высокую теплопроводность на уровне обычных металлов. Исследователи из Китайской академии наук утверждают, что их модуль не просто становится холодным, а эффективно «вытягивает» тепло из подключенных к нему элементов. Это позволяет создавать компактные системы охлаждения без движущихся частей, насосов и сложной системы трубок для газов.

Где это пригодится

Применение такой технологии выходит далеко за пределы лабораторий. Компактность и отсутствие вибраций (поскольку нет компрессоров) делают этот метод привлекательным для нескольких критических сфер:

• Военная электроника: быстрое охлаждение инфракрасных сенсоров и систем наведения.
• Космические аппараты: где каждый килограмм веса и литр объема на вес золота, а обслуживание газовых систем невозможно.
• Квантовые вычисления: возможность строить более компактные криостаты без привязки к поставщикам гелия.

Хотя о массовом производстве говорить еще рано, сам факт создания рабочего прототипа, не требующего гелия-3, является серьезным вызовом для рынка сверхнизких температур. Если китайцам удастся масштабировать производство EuCo2Al9, порог входа в «квантовые гонки» может существенно снизиться для многих лабораторий мира.

Пока одни ученые работают над экстремальным холодом будущего, другие занимаются модернизацией энергетических мощностей прошлого. Например, в США недавно запустили первую за 70 лет линию очистки урана, которая должна обеспечить топливом новые поколения реакторов.