Прощавай, дорогий гелію: китайський сплав охолоджує електроніку до абсолютного нуля
Китайські дослідники, схоже, знайшли спосіб обійти одну з найдорожчих перешкод на шляху до квантового майбутнього. Йдеться про критичну залежність від гелію-3 — надзвичайно рідкісного ізотопу, ціна якого змушує фінансових директорів технологічних компаній нервово здригатися. Як повідомляє South China Morning Post, вчені розробили твердотільний охолоджувальний модуль на основі рідкоземельного сплаву, який досягає температур, близьких до абсолютного нуля, без жодної краплі дефіцитного газу.
Кінець гелієвої монополії
Для роботи квантових процесорів або надчутливих сенсорів потрібен екстремальний холод — приблизно -273 °C. Традиційно це досягається за допомогою рефрижераторів розчинення, що використовують суміш гелію-4 та гелію-3. Проблема в тому, що гелій-3 не видобувають із землі в промислових масштабах: це побічний продукт розпаду тритію, який використовується в ядерній зброї. Його мало, він дорогий, а логістика постачання часто нагадує шпигунський трилер.
Китайська розробка базується на сполуці європію, кобальту та алюмінію (EuCo2Al9). Цей сплав використовує принцип адіабатичного розмагнічування (ADR). Якщо максимально спростити: матеріал намагнічують, він виділяє тепло, яке відводять, а потім розмагнічують — і він різко охолоджується. Раніше цей метод вважався допоміжним, але новий склад металів робить його повноцінною альтернативою газовим системам.
Металевий рецепт проти фізичних обмежень
Метод ADR відомий давно, але раніше він мав суттєву ваду. Матеріали, які використовувалися (зазвичай парамагнітні солі), мали жахливу теплопровідність. Вони чудово охолоджували самі себе, але майже не могли передати цей холод іншим компонентам, наприклад, тому ж квантовому чипу. Це як мати холодильник, який всередині крижаний, але його полиці зроблені з товстого пінопласту — продукти все одно залишаться теплими.
Сплав EuCo2Al9 змінює правила гри. Будучи металевим з'єднанням, він має високу теплопровідність на рівні звичайних металів. Дослідники з Китайської академії наук стверджують, що їхній модуль не просто стає холодним, а ефективно «витягує» тепло з підключених до нього елементів. Це дозволяє створювати компактні системи охолодження без рухомих частин, насосів та складної системи трубок для газів.
Де це знадобиться
Застосування такої технології виходить далеко за межі лабораторій. Компактність та відсутність вібрацій (бо немає компресорів) роблять цей метод привабливим для декількох критичних сфер:
- Військова електроніка: швидке охолодження інфрачервоних сенсорів та систем наведення.
- Космічні апарати: де кожен кілограм ваги та літр об'єму на вагу золота, а обслуговування газових систем неможливе.
- Квантові обчислення: можливість будувати компактніші кріостати без прив'язки до постачальників гелію.
Хоча про масове виробництво говорити ще зарано, сам факт створення робочого прототипу, що не потребує гелію-3, є серйозним викликом для ринку наднизьких температур. Якщо китайцям вдасться масштабувати виробництво EuCo2Al9, поріг входу в «квантові перегони» може суттєво знизитися для багатьох лабораторій світу.
Поки одні вчені працюють над екстремальним холодом майбутнього, інші займаються модернізацією енергетичних потужностей минулого. Наприклад, у США нещодавно запустили першу за 70 років лінію очищення урану, що має забезпечити паливом нові покоління реакторів.
