Briefmarkengroßer Quanten-Tiefkühler schafft 0,3 Kelvin

quant

Wie weit kann dein Tiefkühler deine Lebensmittel abkühlen? Minus 18 Grad Celsius? Oder gar minus 23? Das sind noch immer 250 Kelvin, also 250 Grad über dem absoluten Nullpunkt der bei minus 273,15 °C liegt. Dieses vom National Institute of Standards and Technology's entwickelte Gerät nutzt Quanteneffekte um auf rund 0,3 Kelvin, also -272,85°C runterzukühlen.

Normalerweise benötigt man für so tiefe Temperatur eine riesige Apparatur, in der sich irgendwo größere Mengen flüssigen Heliums befinden, denn weil Helium bei 4,15 Kelvin siedet wird damit schon mal eine Umgebung bereitgestellt, von der aus man „nur noch“ weitere 4 Grad runterkühlen muss (was leichter klingt als es ist).

Dieses handliche Gerät ist 2,5 mal 2,5 cm groß und 3 Millimeter dick. Es kommt ganz ohne diese großen und aufwändigen Gerätschaften aus. Der Quanten-Kühler besteht aus 48 Lagen, die abwechselnd aus gewöhnlichem Kupfer und einem anderen Material bestehen. Dieses andere Material ist eine 1 Nanometer dicke Schicht aus einem Supraleiter. Der Kupfer-Anteil in diesem Block ist also rund eine Million mal größer als der Anteil des Supraleiters.

Sobald man Strom durch diesem Sandwich-Block schickt, beginnen Elektronen zwischen den beiden Materialien hin und her zu tunneln und nehmen beim Übergang vom Kupfer in den Supraleiter Energie vom Kupfer mit, die dann vom Superleiter abgeleitet wird. Dadurch sinkt die Temperatur im Inneren des Blocks auf rund 300 Milli-Kelvin ab, und daher kann dieser Block dann alles in seiner Umgebung ebenfalls auf diese Temperatur abkühlen.

Bisher dauert es rund 18 Stunden um die genannte Temperatur zu erreichen. Die Forscher sind aber zuversichtlich, durch zukünftige Optimierungen den Prozess zu beschleunigen und noch tiefere Temperaturen zu erreichen. 100 mK scheinen ein realistisches Ziel zu sein für dieses Gerät, das so dick wie zwei CDs und so groß wie eine Briefmarke ist.

[popularmechanics via Gizmodo.com]

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  1. Auf dem Schild mit NIST ist eine Größenskala angeben, nämlich wie lang ein inch bzw ein cm ist. man sieht also, dass diese kleine Kiste da eine Kantenlänge von etwa 4 inch oder 10cm haben müsste!

    1. Die Rede ist ist nicht von der Halterung (“kleine Kiste”)… es geht um die beiden kleinen Teile im Inneren.
      2,5×2,5 kommt hin.

    2. Die Kupferplatten haben diese Abmessung, wobei das ganze “Gerät” mehr als nur die Kupferplatten umfasst.
      Auf der Quellseite “popularmechanics” steht es richtig geschrieben.

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