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固態量子冰箱

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固態量子冰箱是一款新型制冷機,其製冷元件由48個利用特定材料製成的微小「三明治」組成。它利用了微型和納米結構的量子物理學原理,可將一個比自身體積大得多的物體冷卻到極其低的溫度。

1 固態量子冰箱 -簡介

固態量子冰箱是由美國國家標準與技術研究院的研究人員研製的新型制冷機,它利用了微型和納米結構的量子物理學原理,可將一個比自身體積大得多的物體冷卻到極其低的溫度。

2 固態量子冰箱 -外觀結構

這款量子冰箱原型的外形尺寸僅約幾英寸(1英寸=2.54厘米)大小,其製冷元件由48個利用特定材料製成的微小「三明治」組成。

人們可以將任何合適的物體放置在製冷區,待冷卻好以後再取走,使用方式與通用的廚房冰箱別無二樣。

3 固態量子冰箱 -製冷原理

固態量子冰箱固態量子冰箱

固態量子冰箱的製冷元件中的「三明治」結構為一層普通金屬、一層1納米厚的絕緣層和一層超導金屬。當施加電壓時,最熱的電子會從普通金屬層經過絕緣體層「隧穿」到超導金屬層。普通金屬層的溫度急劇下降,從而耗盡被冷卻物體的電子能量和振動能量,達到製冷效果。

通過顯微機械加工工藝,還可以將冷卻元件「貼」在銅板或其他物體上,製冷完畢后又能夠方便地移除。

4 固態量子冰箱 -製冷效果

這款量子冰箱可以將一塊邊長2.5厘米、厚3毫米的銅板從290毫開爾文冷卻到256毫開爾文,製冷過程歷時約18小時。

其冷卻能力卻與一台能為林肯紀念堂(佔地約2000多平方米)這樣規模的建築物降溫的窗式空調相當。

5 固態量子冰箱 -未來應用

利用納米結構的量子力學實現冷卻的技術有望提供一個緊湊、便利的製冷方式,使先進感測器的溫度能夠低於標準的低溫學溫度——300毫開爾文(MK),從而提高其性能,以用於量子信息系統、望遠鏡攝像機或尋找神秘的暗物質和暗能量。而在以往,這樣的低溫條件通常要使用液態氦才能製造出來。

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