一个世纪之前，人类第一次将氦气液化，从此利用液氦的极低温制冷技术被广泛应用。例如一些大科学装置、深空探测、材料科学、量子计算等高技术领域。然而，低温技术中不可缺少的氦元素全球供应短缺，有什么方法可以不用氦元素实现极低温制冷？中国科学院大学苏刚教授、中国科学院物理研究所项俊森博士和孙培杰研究员、中国科学院理论物理研究所李伟研究员、北京航空航天大学金文涛副教授等人组成的联合研究团队通过多年研究，在近期实现了无液氦情况下极低温制冷基础研究的重要突破，这就为破解我国氦资源短缺的问题提供了解决方案。该科研成果北京时间2024年1月11日在国际学术期刊《自然》发表。

▲科研人员挑选高质量钴基三角晶格单晶样品

超固态是一种在接近绝对零度（0开，也就是零下273.15摄氏度）时出现的量子物态，在超固态情形下，物质中的原子一方面呈现规则的排列，同时还可以在其间“无粘滞”地流动。超固态自20世纪70年代作为理论猜测提出以来，各国科学家尚未在固态物质中找到超固态存在的可靠实验证据。在这项研究中，我国科研人员在一种钴基三角晶格量子磁性材料中，首次发现了名为“自旋超固态”的新奇物质状态，得到了其存在的实验证据。随后科研人员利用该材料，通过绝热去磁过程获得了94毫开，也就是零下273.056摄氏度的极低温，实现了无液氦极低温制冷，并命名该效应为“自旋超固态巨磁卡效应”。

▲科研人员调试极低温制冷平台

中国科学院大学苏刚教授介绍，比如我们把这次发现的材料放到磁场里面，保持热量不泄漏的情况下给它退磁，也就是把磁场去掉。慢慢地在降磁场的过程中，材料的温度就会慢慢地降下去，最后就降到了94毫开（零下273.056摄氏度）。

▲科研人员讨论新的实验结果

据了解，极低温制冷是我国科研领域亟待攻克的关键核心技术之一。这次基础研究的突破是国际上在实际固体材料中首次给出超固态存在的实验证据。科研团队未来的工作目标是继续突破极低温的极限，并在未来建成无液氦极低温制冷机。极低温制冷机可以为例如超导量子计算机提供接近绝对零度的极低温运行环境，并且在凝聚态物理、材料科学、深空探测等前沿技术领域广泛应用。

来源：中央广播电视总台

转自：“中科院之声”微信公众号

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