当材料被冷却到极低的温度时，它们的行为通常与室温下的行为有着很大不同。一个众所周知的例子是超导性：在临界温度以下，一些金属和物质能在没有任何损耗的情况下传导电流。在更低的温度下，可能会发生额外的量子物理效应，这与基础研究以及量子技术的应用相关。

然而，要达到这样的温度(接近绝对零度或-273.15℃以上的不到千分之一度)是极其困难的。巴塞尔大学Dominik Zumbühl教授研究小组的物理学家与芬兰VTT技术研究中心和英国兰开斯特大学的同事一起创造了新的低温记录。他们的研究成果近日发表在《物理评论研究》上。

Zumbühl研究实验室的资深科学家Christian Scheller解释说：“非常强烈地冷却材料并不是唯一的问题，人们还必须可靠地测量那些极低的温度。”

在他们的实验中，研究人员首先将硅芯片上由铜制成的微型电路暴露在强磁场中以冷却，然后使用低温制冷机对其进行冷却，最后缓慢降低磁场。通过这种方式，芯片中铜原子的核自旋最初像小磁铁一样排列整齐，当磁场逐渐减弱导致它们的磁能下降时，再进行最后一步有效地冷却。

参与了该实验的博士生Omid Sharifi Sedeh说：“我们已经使用这种技术十年了，但到目前为止，以这种方式可以达到的最低温度会受到制冷机振动的限制。”

这些振动是由冷却剂氦在“干式”低温制冷机中的持续压缩和稀薄引起的，它会显着加热芯片。为了避免这种情况，研究人员开发了一种新的样品架，这种样品架的接线非常牢固，即使有振动，芯片也可以冷却到非常低的温度。

为了准确测量这些温度，Zumbühl教授和他的合作者改进了一种集成到电路中的特殊温度计。该温度计由铜岛组成，铜岛通过所谓的隧道结连接。电子可以或多或少的(取决于温度)很容易地穿过这些结。

物理学家找到了一种方法，可以使温度计对材料的缺陷更加鲁棒，同时对温度更加敏感。这使他们最终能够测量到仅220微开尔文的温度。

未来，巴塞尔大学的研究人员希望使用他们的方法将温度再降低10倍，从长远来看，它还能冷却半导体材料。这将为研究新的量子效应和各种应用铺平道路，例如优化量子计算机中的量子比特。（编译:Qtech）