Científicos de China, desarrollan supersólido de espín metálico que permite la refrigeración a temperaturas ultrabaja
Beijing, China, Asia.- Científicos chinos han desarrollado una tecnología de enfriamiento sin helio-3 que puede alcanzar 106 milikelvin, marcando la temperatura más baja alcanzada por un material magnetocalórico metálico sin utilizar el escaso recurso global helio-3.Se espera que este avance proporcione un «superrefrigerador» autosuficiente y controlable, crucial para el avance de las tecnologías cuánticas de vanguardia.
El estudio, realizado por investigadores de los Institutos de Ciencias Físicas de Hefei de la Academia de Ciencias de China (CAS), el Instituto de Física Teórica de CAS y la Universidad Jiao Tong de Shanghai, presenta una estrategia de enfriamiento basada en metales que elimina la dependencia del helio-3.
Los entornos de temperatura ultrabaja (por debajo de 1 kelvin o -272,15 °C) son esenciales para la computación cuántica, la medición de precisión y los estudios de materia cuántica que involucran instalaciones científicas a gran escala que operan en condiciones extremas. Actualmente, la tecnología convencional de refrigeración por dilución para enfriamiento por debajo de kelvin depende en gran medida del helio-3. Esta dependencia es un factor limitante clave para el desarrollo de tecnologías cuánticas y otros campos que requieren entornos de temperatura ultrabaja.
Las tecnologías de refrigeración de estado sólido sin helio-3, incluida la refrigeración por desmagnetización adiabática, se han enfrentado desde hace tiempo a un desafío fundamental. Los materiales del núcleo tienden a presentar una conductividad térmica deficiente, similar a la de un bloque de madera que permanece frío internamente pero no puede disipar el calor rápidamente. Como resultado, la capacidad de refrigeración sigue siendo limitada. Un material magnetocalórico ideal debe combinar una alta capacidad de refrigeración con una rápida transferencia de calor, similar a las propiedades de un metal, un desafío clave que ha permanecido sin resolver hasta la fecha.
Para abordar este problema, los investigadores diseñaron y sintetizaron una novedosa aleación tridimensional. Los experimentos revelaron que el material alcanza un estado excepcional conocido como supersólido de espín metálico, que combina dos características aparentemente contradictorias. Actúa como una potente «esponja absorbente de calor» que utiliza el efecto magnetocalórico para enfriarse hasta 106 milikelvin (aproximadamente -273,05 °C), la temperatura más baja alcanzada por un material magnetocalórico metálico sin helio-3.
Al mismo tiempo, el material presenta una conductividad térmica entre 50 y 100 veces superior a la de los materiales magnetocalóricos convencionales. Esta combinación le permite generar refrigeración y disipar el calor al instante.
Este trabajo marca un cambio de paradigma en la investigación de supersólidos de espín, llevándola de la investigación básica a la aplicación práctica.
Al abordar tanto la dependencia del helio-3 como la limitada potencia de enfriamiento, se espera que este estudio proporcione un apoyo sustancial para el avance de las tecnologías cuánticas y otros campos de vanguardia que dependen de entornos de temperatura ultrabaja.
