Измерена рекордно низкая электронная температура

Ученым удалось зарегистрировать рекордно низкую электронную температуру, которая составила всего 3,7 милликельвина. Статья ученых, участвовавших в совместном проекте исследовательского центра VTT в Финляднии, Ланкастерского университета и Aivon, была опубликована в журнале Nature Communications.

Электронная температура — это статистическая характеристика средней кинетической энергии электронов. Она связана с «классической» температурой колебания атомов, но при этом может быть существенно выше последней из-за большей подвижности электронов (что особенно заметно, например, в плазме). Измерение низких электронных температур стало возможным благодаря одноэлектронному термометру, работа которого основана на эффекте Кулоновской блокады.

Термометр состоит из металлических островков, соединенных друг с другом в массив. Островки выполняют роль затвора, при этом сами они электрически изолированы и ток течет через них посредством туннелирования. Измерить электронную температуру с помощью такого массива можно благодаря тому, что туннелирование происходит только при определенной энергии электрона, а она, в свою очередь, зависит от электронной температуры. 

Предыдущий рекорд измерения электронной температуры ранее составлял 7,5 милликельвина (мК). Улучшенная конструкция термометра позволила достичь значения в 3,7 мК, причем ученые наблюдали тенденцию приближения электронной температуры к 3 мК. По словам авторов статьи, достичь этого удалось за счет улучшенного теплоотведения. В частности, благодаря усиленному электрон-фононному взаимодействию.

Особенностью термометра является то, что он не требует калибровки. Это делает его особенно удобным для измерения таких низких температур. По мнению ученых, эта разработка — новый шаг на пути к созданию новых квантовых технологий, включая, в том числе, и квантовые компьютеры. Например, рабочая температура сверхпроводниковых чипов в адиабатическом компьютере D-Wave составляет 20 мК.

Кристина Уласович