ABD’den fizikçiler 300 miliKelvin (mK) altındaki sıcaklıklara nesneleri sürekli olarak soğutmayı sağlayan yeni bir katı hal buzdolabını yaptılar. Bu aygıtın hareketli bir parçası yoktur ve bu aygıt, kendi soğutucu elementlerinden bir milyon kez daha ağır bir element olan bir bakır plakayı soğutmak için 48 ufak kuantum tünelleme eklemi kullanır. Bu işi gerçekleştiren araştırma grubu bu aygıtın uzay misyonlarında soğutma dedektörleri gibi geleneksel kriyojeninin uygulanmasının zor olduğu soğutma uygulamalarında kullanılabileceğine ve hatta daha ileriye optimize edilebileceğine inanıyorlar.
300 mK’nin altındaki sıcaklıklar kuantum bilgisayarlardan karanlık maddenin tespit edilmesine kadar modern fiziğin bir çok araştırma alanının ayrılmaz bir parçasıdır. Ancak, bu sıcaklıklar sıvı helyumlu basitçe bir soğutma ile ulaşılamaz. MiliKelvin sıcaklıklara geleneksel soğtuma helyum izotoplarını pompalamayı içeren bir seyreltme buzdolabı kullanılarak yapılır. Bu son derece etkili iken, seyreltme buzdolapları uzayda dedektörlerin soğutulması gibi özelleşmiş uygulamalarda uygulamak zor olabilir. Alternatif bir teknik ise adyabatik demanyetizasyondur. Adyabatik demanyetizasyon defalarca açılıp kapatılabilen güçlü bir manyetik alanda numunenin yerleştirilmesini gerektirdiğinden uygulanması zordur.
Araştırmacılar yıllardır uygun bir katıhal kriyojenik buzdolabı arayışındalar. Bu kriyojenik buzdolabı elektrik akımının üzerinden geçmesiyle bir bilgisayar çipi büyüklüğündeki cisimleri 300 mK sıcaklığına soğutabilen bir ideal sistemdir. Büyüklüğü 1 milimetreden küçük cisimleri soğutmada değişik öneriler geliştirildi ve başarıldı. 2005 yılında Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü’nden (NIST) Joel Ullom’un araştırma grubu soğutma elementlerinden daha büyük cisimleri soğutabilen kuantum tünelleme temelli bir soğutucuyu açıkladı. Bununla birlikte, cisimler üretilme zamanında soğuk bir zar üstüne entegre edilmesiyle soğutulabilindi, bu yüzden de bu buzdolabı yeniden kullanılabilir değildi.
Şimdi, Ullom ve çalışma arkadaşları yeni bir katıhal soğutucu yaptılar ve bunu 18 saat boyunca 290 mK’den 256 mK’e 2.5 santimetrelik çıkarılabilir bir bakır tabakayı soğutmada kullandılar. Bu tabaka elektriksel olarak izole edilirken termal olarak bir zar ile bağlantılıdır.
Zar tam tersine ince süperiletken teller kullanılarak güç desteği amacıyla elektriksel olarak bağlantılıydı ama termal değil. Bu izolasyon aygıtın 9 V’luk bir pille veya standart güç desteği ile bağlanabileceği anlamına gelir.
Gökhan Atmaca, MSc. twitter.com/kuarkatmaca | facebook.com/anadoluca
Nanoölçek Aygıtlar ve Taşıyıcı İletimi Grubu
Kuark Moleküler NanoBilim Araştırma Grubu
Kaynak:
http://physicsworld.com/cws/article/news/2013/mar/12/quantum-refrigerator-is-efficient-and-reusable
