我国科学家实现无液氦极低温制冷
◎本报记者 陆成宽
大约一个世纪前,人类首次将氦气液化,开启了利用液氦进行极低温制冷的新纪元。随后,极低温制冷技术被广泛应用于大科学装置、深空探测、材料科学、量子计算等国家安全和战略高技术领域。
然而,用于极低温制冷的氦元素存在供应短缺等问题。如何才能不用氦元素实现极低温制冷,一直是科学家要着力突破的难题。
1月11日,《自然》在线发表了一项关于极低温制冷的重要进展,来自中国科学院大学、中国科学院物理研究所以及中国科学院理论物理研究所等单位的研究人员,在钴基三角晶格磁性晶体中首次发现量子自旋超固态存在的实验证据。他们利用该晶体材料,通过绝热去磁获得了94毫开(零下273.056摄氏度)的极低温,成功实现无液氦极低温制冷,并将该效应命名为“自旋超固态巨磁卡效应”。
超固态是物质在接近绝对零度(零下273.15摄氏度)时呈现的一种量子态。在这种物态下,物质既有晶体态中原子规则排布的特征,又可以像超流体一样无摩擦地流动。
事实上,诺贝尔物理学奖得主安东尼·莱格特等人在20世纪70年代就提出了“固态物质能否同时成为超流体”的著名科学问题。
“半个世纪以来,除了通过冷原子气模拟超固态可能存在的证据外,人们仍未在固体中找到超固态存在的确凿证据,而寻找这种奇特的量子物态也成为科学家的长期研究目标。”论文共同通讯作者、中国科学院大学教授苏刚说。
磁卡效应是指磁性材料随外磁场变化而产生显著温度变化的现象。利用特殊的磁性物质——顺磁盐的磁卡效应,美国科学家、诺贝尔化学奖得主吉奥克通过绝热去磁首次实现了显著低于1开尔文以下的制冷。
此次最新研究始于2021年,基于前期的理论研究,苏刚和论文共同通讯作者、中国科学院理论物理研究所研究员李伟向中国科学院物理研究所博士项俊森和研究员孙培杰提出了研究钴基阻挫三角晶格材料——磷酸钠钡钴盐低温物性的建议。
项俊森等人克服极低温下的漏热控制与温度测量等诸多技术难题,经过反复测试、技术迭代,研发了新型低温测量器件,最终成功观察到自旋超固态的磁卡效应。
同时,北京航空航天大学副教授金文涛课题组提供了高质量单晶并开展了低温中子衍射实验。由于材料中的钴离子磁矩较小,而且需要在100毫开以下低温条件下进行测量,实验非常困难。经过多次尝试,他们最终获得了自旋超固态量子相变的微观证据。
李伟表示,后续工作面临的最大困难是新器件及制冷机的研发等。如何将实验室的成果转化成实际的器件和制冷机,为深空探测或量子计算提供极低温环境和足够的冷量,在科学和工程技术方面都面临一定挑战。
《自然》审稿人对这项研究给予了高度评价。他们认为,该成果“报道了超低温下对一种复杂化合物的高质量实验”“理论与实验的符合极好地支持了该工作的核心结论”“漂亮的工作展示了自旋超固态的熵效应有多大,会引发广泛的研究兴趣”。
苏刚表示,这一新物态与新效应的发现是基础研究的一项重大突破,也为我国在深空探测、量子科技、物质科学等尖端领域研究的极低温制冷“卡脖子”难题提供了一种新的解决方案。(科技日报北京1月11日电)
-
上一篇
-
下一篇
相关推荐
黑龙江饶河再现野生东北虎足迹
四川内江市市中区发生3.2级地震 震源深度10千米
海南将迎来春节前出岛车客高峰 各港口出岛秩序总体平稳
(新春走基层)“喜迎全运会 瑞蛇贺新春”新春庙会在广州举行
羊角把、牛角、十字扣,春运涨知识→小设计大用途
岁暮冰嬉 寒尽春生 这些“速度与激情”谁看了不想玩一把?
“家门口能挣钱,好日子有盼头”(新春走基层)
国家中医药局:九成以上三级妇幼保健院设置中医类临床科室
湖南零陵腊肉飘香年味浓 供销两旺助增收
春节临近 你的家乡举办哪些活动?一起来寻找年味儿→
新春走基层丨让每一盏车灯都安然明亮 他们是“魔鬼风口”的风雪护路人
中国将386.7万家固定污染源纳入排污许可管理
- 最近发表
-
- 随机阅读
-
- 泉州:一座让人生活在文化遗产里的城市
- 为确保飞行安全 俄罗斯喀山机场临时限制航班起降
- (新春走基层)新疆蒸笼制作匠人:制笼如绣花 只为好名声
- (乡村行·看振兴)花稻轮作:让“花田”变“良田”
- 患了重感冒,谨慎坐飞机?
- 廿四节气|千里江山图之处暑篇
- 国泰航空:对三位涉事的空中服务员予以解聘
- 首届轨道交通行业“数智”大赛在北京落幕
- 宠物消费“猫腻”不少 萌宠路上的“坑”你踩过多少?
- 普京谴责美西方加剧俄乌冲突
- 第十一届澜沧江·湄公河流域国家文化艺术节在云南开幕
- 阿里公益致信全体阿里人,坚守“人人公益3小时”誓约
- 广西新开通“梧州赤水港—香港”外贸集装箱班轮航线
- 美国多州遭遇龙卷风袭击 已造成至少21人死亡
- 美财政部宣布对俄一船舶管理公司以及多个石油交易商实施制裁
- 近百个国内外新能源汽车品牌合肥车展“斗艳”
- 浩吉铁路今年以来煤炭运输突破800万吨
- “硬核科学家奶爸”又获奖 这次荣膺中国计算机学会科技进步一等奖
- 山西泽州公安捣毁一跨区域吸贩毒网络 涉案45人
- 正在流行的“搭子”社交,年轻人情感需求新表达
- 热门推荐
-
- “旅游春运”成热潮 铁路乘警深夜护航“雪国列车”
- “黄金周”户外骑行热 绿色出游折射生活新风尚
- 民政部:到6月底 全国城市和农村低保标准较去年同期增长4.8%、8.5%
- 防暑也要防雷雨
- 31省份GDP出炉:广东连续35年居首,西藏增速最快
- 广州:未经批准擅自放生野生动物外来物种或面临最高罚款5万元
- 日媒:日本樱岛火山爆炸性喷发 烟柱高达4000米
- “一带一路”倡议十周年重点电视剧项目发布
- 河南漯河许慎文化园:走进“字圣”故里 探寻汉字魅力
- 上海:小份菜里吃出的“节约经”
- 宁夏水土流失得到根本好转
- 林徽因后人梁周洋:冀借国际合作保护古建文物
- 中新健康丨中国医疗团队原创免疫治疗新方案破局晚期肠癌治疗困境
- 拓宽服务贸易“朋友圈”
- 以色列将关闭驻爱尔兰大使馆
- 唐人街,今朝春更好
- 青海:“十四五”末旅游总收入将达800亿元
- 新疆“民族音乐记录人”以数字化保护传承老技艺
- 2024粤港澳大湾区老字号(文化)博览会在深圳开幕
- 农业农村部:中国农村卫生厕所普及率超过73%