Os físicos estão ainda mais próximos do zero absoluto – a matéria é resfriada a 220 μK

Cientistas da universidade mais antiga da Suíça, Basel, estabeleceram um novo recorde de temperatura para resfriamento ultraforte da matéria. Mas o desenvolvimento mais valioso promete ser a capacidade de adaptar a abordagem usada para resfriar processadores quânticos e até semicondutores convencionais.

Configuração experimental (o sensor de temperatura está localizado no centro ao lado da régua). Fonte da imagem: Universidade de Basel

A solução proposta é uma cadeia de um arranjo de ilhas de cobre em um substrato de silício. O mesmo circuito ou similar funciona como um termômetro – medir uma temperatura baixa recorde é tão difícil quanto alcançá-la. A amostra foi resfriada usando duas tecnologias: usando campos magnéticos e usando hélio líquido.

O principal refinamento da unidade de refrigeração foi uma fixação muito “rígida” da amostra, o que permitiu livrar-se da influência “térmica” do sistema de refrigeração. Durante a operação, o refrigerador à base de hélio cria vibrações que são transmitidas à amostra e não permitem que ela resfrie tanto quanto poderia. Lembre-se de que resfriar uma substância a temperaturas próximas ao zero absoluto significa desacelerar ao máximo as oscilações dos átomos dessa substância. De fato, as leis da mecânica quântica entram em jogo e os estados quânticos são destruídos por qualquer “espirro”.

A amostra firmemente fixada foi primeiro coberta com um forte campo magnético, que ordenou os spins dos átomos de cobre e possibilitou resfriar efetivamente o material, e depois o resfriou gradualmente usando um refrigerador de dissolução (fixando a amostra jogada nesta fase). Na terceira etapa, o campo magnético foi gradualmente reduzido a nada, o que reduziu a energia magnética da amostra e reduziu ainda mais as oscilações dos átomos de cobre (e resfriou um pouco mais a amostra).

Fonte da imagem: Pesquisa de revisão física

O resfriamento combinado tornou possível atingir um novo recorde de temperatura mínima de 220 μK, ou apenas 220 milionésimos de grau acima do zero absoluto. No futuro, os pesquisadores querem usar seu método para reduzir as temperaturas em mais dez vezes e, no futuro, adaptá-lo para resfriar materiais semicondutores. Isso abrirá caminho para o estudo de novos efeitos quânticos e diversas aplicações, como otimização de qubit em computadores quânticos. Além disso, o trabalho foi publicado na Physical Review Research.