超导量子制冷器类似于传统的冰箱

美国罗切斯特大学物理学家研究小组构思了一种超导量子制冷机的技术想法，它可以将原子冷却到几乎绝对零度的温度。

超导量子制冷机利用超导原理运行并产生超冷环境，有利于产生增强量子技术所需的量子效应。

该设备将创造一个环境，研究人员可以将材料转换为超导状态，类似于将材料更改为气体，液体或固体。

罗切斯特大学教授安德鲁·乔丹（Andrew Jordan）说：“虽然超导量子冰箱不能用于人的厨房，但其操作原理与传统冰箱非常相似。厨房冰箱与我们的超导冰箱共同之处在于它使用相变来获得冷却能力。”

在传统的冰箱中，液态制冷剂通过膨胀阀，当液体膨胀时，其压力和温度在转变成气态时下降。制冷剂通过冰箱内部的蒸发器盘管，吸收冰箱内容物的热量。然后通过由电力驱动的压缩机进行再压缩，进一步提高其温度和压力，并将其从气体转变为热液体。

比外部环境更热的冷凝热液体流过冰箱外部的冷凝器盘管，向环境辐射热量。然后液体重新进入膨胀阀并重复循环。

超导体冰箱类似于传统冰箱，因为它在热储存器和冷储存器之间移动材料。

然而，代替从液态变为气态的制冷剂，金属中的电子从成对的超导状态变为未成对的正常状态。

罗切斯特大学的研究生斯里纳特·马尼坎丹（Sreenath Manikandan）说：“我们正在做与传统冰箱完全相同的事情，但是使用超导体。”

在超导量子冰箱中，研究人员在已冷却的低温稀释冰箱中放置一层金属。堆叠的底层是超导体铌的薄片，其充当热储存器，类似于传统冰箱外部的环境。中间层是超导体钽，它是一种工作物质，类似于传统冰箱中的制冷剂。顶层是铜，这是一个冷藏库，类似于传统冰箱的内部。

当物理学家慢慢向铌施加电流时，它们会产生穿透中间钽层的磁场，导致其超导电子失去对，转变为正常状态，并冷却下来。

现在冷的钽层从现在变暖的铜层吸收热量。

然后科学家们慢慢关闭磁场，使钽中的电子配对并转变回超导状态，钽变得比铌层更热。然后将过量的热量传递给铌。循环重复，在顶部铜层中保持低温。

马尼坎丹说：“这类似于传统冰箱中的制冷剂，从寒冷的循环过渡到膨胀的气体和热的地方被压缩成液体。但是因为量子超导冰箱中的工作物质是一种超导体，所以当你在非常低的温度下缓慢施加磁场时，它会变成不成对并变得更冷的铜对，将原子冷却到几乎绝对零度的温度。“

该团队的研究成果发表在《应用物理评论》（Physical Review Applied）杂志上。