Des physiciens de l'Université de Bâle ont réussi à refroidir une puce nanoélectronique à une température inférieure à 3 millikelvins. Les scientifiques du Département de physique et de l'Institut suisse des nanosciences ont établi ce record en collaboration avec des collègues d'Allemagne et de Finlande. Ils ont utilisé un refroidissement magnétique pour refroidir les connexions électriques ainsi que la puce elle-même. Les résultats ont été publiés dans la revue Lettres de physique appliquée .

Même les scientifiques aiment rivaliser pour les records, c'est pourquoi de nombreux groupes de travail dans le monde utilisent des réfrigérateurs de haute technologie pour atteindre des températures aussi proches que possible du zéro absolu. Le zéro absolu est 0 kelvin ou -273,15 °C. Les physiciens visent à refroidir leur équipement au plus près du zéro absolu possible, car ces températures extrêmement basses offrent les conditions idéales pour les expériences quantiques et permettent d'examiner des phénomènes physiques entièrement nouveaux.

Refroidissement en éteignant un champ magnétique

Le groupe dirigé par le physicien bâlois, le professeur Dominik Zumbühl, avait précédemment suggéré d'utiliser le principe du refroidissement magnétique en nanoélectronique afin de refroidir les dispositifs nanoélectroniques à des températures sans précédent proches du zéro absolu. Le refroidissement magnétique est basé sur le fait qu'un système peut se refroidir lorsqu'un champ magnétique appliqué diminue tandis que tout flux de chaleur externe est évité. Avant de redescendre, la chaleur de magnétisation doit être éliminée avec une autre méthode pour obtenir un refroidissement magnétique efficace.

Une combinaison réussie

C'est ainsi que l'équipe de Zumbühl a réussi à refroidir une puce nanoélectronique à une température inférieure à 2,8 millikelvin, réalisant ainsi un nouveau record de basse température. Dr Mario Palma, auteur principal de l'étude, et son collègue Christian Scheller ont utilisé avec succès une combinaison de deux systèmes de refroidissement, tous deux basés sur le refroidissement magnétique. Ils ont refroidi toutes les connexions électriques de la puce à des températures de 150 microkelvins, une température à moins d'un millième de degré du zéro absolu.

Ils ont ensuite intégré un deuxième système de refroidissement directement dans la puce elle-même, et a également placé un thermomètre de blocus de Coulomb dessus. La construction et la composition des matériaux leur ont permis de refroidir magnétiquement ce thermomètre à une température presque aussi basse que le zéro absolu.

"La combinaison de systèmes de refroidissement nous a permis de refroidir notre puce en dessous de 3 millikelvins, et nous sommes optimistes que nous pouvons utiliser la même méthode pour atteindre la limite magique de 1 millikelvin, " dit Zumbühl. Il est également remarquable que les scientifiques soient en mesure de maintenir ces températures extrêmement basses pendant une période de sept heures. Cela laisse suffisamment de temps pour mener diverses expériences qui aideront à comprendre les propriétés de la physique proche du zéro absolu.