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
-
- 浙江德清:点亮“五同共富”路 绽放幸福“石榴红”
- 中非新能源领域合作发展空间广阔
- 安徽将重点加强房、车、家居供给并予以政策优惠
- 马克龙抵达以色列 将与以总理内塔尼亚胡等人会晤
- 美国总统拜登发表新年祝福:“新年快乐、健康繁荣”
- 西江主要河段进入退水阶段
- 福建船政旧址化身“大博物馆” 百年印记“活起来”
- 科普:深加工食品可能使人更容易发胖
- 13岁少女脊柱侧弯70度 矫正后“长高”4厘米
- 河北涿州211个进水村已全部退水
- 转发周知!这些物品不能带上火车→
- 中新真探:糖尿病人不能喝牛奶吗?
- 南音《文姬归汉》亮相第22届上海国际艺术节演出
- 英方炒作所谓“中国网络攻击” 中国驻英使馆:停止反华闹剧
- 旧物重塑创意升级 古都青年探索可持续生活新路径
- 宁夏31对新人喜结良缘 参与“家国同庆 见证幸福”万人集体婚礼
- (申城风景线)“新场馆”蕴藏“大海派”
- 灵活缴存公积金政策受灵活就业人员欢迎
- 3月18日央行开展100亿元7天逆回购操作
- “星际访客”奥陌陌加速原来靠氢气
- 热门推荐
-
- 五部门联合发文 以专利产业化促进中小企业成长
- 珲春综保区贸易额首破百亿元 将联通东北亚港口城市
- 《风吹半夏》掀起讨论热度
- 外媒:以色列国家安全部部长本-格维尔等三名部长辞职
- 水利部和中国气象局联合发布红色山洪灾害气象预警
- 2023年中国海关知识产权保护典型案例发布
- 从“小家电”进入“械字号” 家用射频美容仪得看疗效了
- 大众滑雪体验区即将亮相延庆奥园
- 94岁日本老人谢罪背后 是731恶魔部队的累累罪行
- 大型舞剧《水月洛神》将亮相福州 1月16日面向全网开票
- (经济观察)建设两岸融合发展示范区 台多行业将迎发展机遇
- 上海吴淞口岸擅自搭靠外轮的驳船获处罚
- 新疆墨玉:高标准农田建设助推乡村振兴
- 美媒:美国房价房租不断飙升 越来越多民众被迫改住长租式汽车旅馆
- 美国联邦最高法院开始审理特朗普参选总统资格上诉案
- 木偶剧院新舞台“白雪公主”来热场
- 新疆昌吉州:市民端午享美景美食摄影“盛宴”
- 我国传染病防控成效显著 公共卫生防护网进一步筑牢织密
- 天津发布倡议书:推动国家历史文化名城保护传承与创新发展
- 西江出现2024年第4号洪水