一個世紀之前，人類第一次將氦氣液化，從此利用液氦的極低溫制冷技術被廣泛應用。例如一些大科學裝置、深空探測、材料科學、量子計算等高技術領域。然而，低溫技術中不可缺少的氦元素全球供應短缺，有什么方法可以不用氦元素實現極低溫制冷？
中國科學院大學蘇剛教授、中國科學院物理研究所項俊森博士和孫培杰研究員、中國科學院理論物理研究所李偉研究員、北京航空航天大學金文濤副教授等人組成的聯合研究團隊通過多年研究，在近期實現了無液氦情況下極低溫制冷基礎研究的重要突破，這就為破解我國氦資源短缺的問題提供了解決方案。該科研成果北京時間1月11日在國際學術期刊《自然》發表。
△科研人員挑選高質量鈷基三角晶格單晶樣品
超固態是一種在接近絕對零度（0開，也就是零下273.15攝氏度）時出現的量子物態，在超固態情形下，物質中的原子一方面呈現規則的排列，同時還可以在其間“無粘滯”地流動。超固態自20世紀70年代作為理論猜測提出以來，各國科學家尚未在固態物質中找到超固態存在的可靠實驗證據。在這項研究中，我國科研人員在一種鈷基三角晶格量子磁性材料中，首次發現了名為“自旋超固態”的新奇物質狀態，得到了其存在的實驗證據。隨后科研人員利用該材料，通過絕熱去磁過程獲得了94毫開，也就是零下273.056攝氏度的極低溫，實現了無液氦極低溫制冷，并命名該效應為“自旋超固態巨磁卡效應”。
△科研人員調試極低溫制冷平臺
中國科學院大學蘇剛教授介紹，比如我們把這次發現的材料放到磁場里面，保持熱量不泄漏的情況下給它退磁，也就是把磁場去掉。慢慢地在降磁場的過程中，材料的溫度就會慢慢地降下去，最后就降到了94毫開（零下273.056攝氏度）。
△科研人員討論新的實驗結果
據了解，極低溫制冷是我國科研領域亟待攻克的關鍵核心技術之一。這次基礎研究的突破是國際上在實際固體材料中首次給出超固態存在的實驗證據。科研團隊未來的工作目標是繼續突破極低溫的極限，并在未來建成無液氦極低溫制冷機。極低溫制冷機可以為例如超導量子計算機提供接近絕對零度的極低溫運行環境，并且在凝聚態物理、材料科學、深空探測等前沿技術領域廣泛應用。
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