Suprajohteiden faasimuutokset hallitsevat säteilylämmönsiirtoa

Michiganin yliopiston insinööritiimin johtaman tutkimuksen mukaan suprajohtavaan tilaan jäähdytettynä niobi estää lämmön säteilyvirran 20 kertaa paremmin kuin metallisessa tilassaan. Koe on ensimmäinen kerta, kun suprajohtavuutta käytetään nanomittakaavan lämpösäteilyn hallintaan.

Tätä vaikutusta hyödyntäen tutkijat osoittivat kokeellisesti myös kryogeenisen lämpödiodin, joka tasasuuntaa lämmön virtausta jopa 70 %.

”Tämä työ on jännittävää, koska se osoittaa kokeellisesti ensimmäistä kertaa, kuinka nanomittakaavan lämmönsiirtoa voidaan virittää suprajohteilla ja miten siitä voi olla potentiaalisia sovelluksia kvanttilaskennassa”, sanoo professori Pramod Sangi Reddy.

Nanoskaalan lämpötilojen hallinta on tunnetusti vaikeaa. Tässä mittakaavassa valoon perustuvat kvanttienergiapaketit, joita kutsutaan lämpöfotoneiksi (osa lämpösäteilyä), tunneloituvat nanometristen tyhjiöaukkojen läpi.

Lähikenttäsäteilynä tunnetussa ilmiössä lämpö virtaa kappaleiden välillä nopeammin kuin klassinen fysiikan "mustan kappaleen raja". Tämä tutkimus on ensimmäinen kerta, kun suprajohtavuutta käytetään keinona estää lähikenttäsäteilyä.

”Tämä työ pohjimmiltaan tutkii, miten energia kuljetetaan atomien ja nanometrien mitoilla. Koska tämä on kartoittamatonta aluetta, olen todella innoissani voidessani tehdä nämä mittaukset ja saada ensimmäisiä tietoja, jotka kuvaavat näitä täysin tutkimattomia ilmiöitä”, sanoo postdoc-tutkija Yuxuan Luan.

Ensimmäisenä laatuaan olevana tutkimuksena tutkimusryhmä kehitti uuden kokeellisen alustan ja erikoiskalorimetrin nanomittakaavan lämmönsiirron tutkimiseksi kryogeenisissä lämpötiloissa.

Tulevaisuudessa tämä uusi lähestymistapa voisi olla avain vakaampiin kvanttiarkkitehtuureihin. Se tarjoaa täysin uuden lähestymistavan lämpövirtojen hallintaan ja sillä on lupauksia suprajohtavien laitteiden lämmönhallinnan sovelluksissa, mukaan lukien uudet suprajohteita käyttävät kvanttitietokoneet.

Aiheesta aiemmin:

Uusi materiaali emittoi paremmin kuin se absorboi

Yksisuuntaisen lämpövirran tuottaminen kvanttitasolla