Kühltechnik: Kühlen mit dem Tunneleffekt
Für hochempfindliche Messungen müssen Sensoren vielfach auf Temperaturen knapp über dem absoluten Nullpunkt gekühlt werden – eine aufwändige und teure Angelegenheit. Ein neuer Miniatur-Baustein, der Platz auf einem Computerchip hat, könnte den entscheidenden Durchbruch bringen.
Das würfelförmige Kühlaggregat, das Joel Ullom und seine Kollegen am US-amerikanischen National Institute of Standards and Technology entwickelt haben, misst an seinen Kanten gerade einmal 15 bis 25 Mikrometer. Dennoch bringt es Objekte, die zwangzigmal so groß sind, von 320 Millikelvin runter auf 225 Millikelvin – ein kleiner Schritt, der mit konventionellen Methoden viel schwieriger zu schaffen wäre. Die gröbere Vorarbeit müsste den Forschern zufolge bewährte Kühltechnik machen, beispielsweise mit kostengünstigem Helium-3.
Der Trick des Kühlwürfels liegt in seinem geschichteten Aufbau: Auf der dem Chip zugewandten Seite besteht er aus gewöhnlichem Metall, gefolgt von einem Isolator und abgeschlossen mit einem Supraleiter. Liegt eine Spannung an, wandern die energiereichsten Elektronen im Metall durch den Isolator zum Supraleiter. Dieser Sprung ist aber nur möglich, wenn die Elektronen mehr Energie mitnehmen, als ihnen eigentlich zusteht. Sie tunneln zu Lasten der zurückbleibenden Atome und kühlen diese dadurch ab.
Das würfelförmige Kühlaggregat, das Joel Ullom und seine Kollegen am US-amerikanischen National Institute of Standards and Technology entwickelt haben, misst an seinen Kanten gerade einmal 15 bis 25 Mikrometer. Dennoch bringt es Objekte, die zwangzigmal so groß sind, von 320 Millikelvin runter auf 225 Millikelvin – ein kleiner Schritt, der mit konventionellen Methoden viel schwieriger zu schaffen wäre. Die gröbere Vorarbeit müsste den Forschern zufolge bewährte Kühltechnik machen, beispielsweise mit kostengünstigem Helium-3.
Der Trick des Kühlwürfels liegt in seinem geschichteten Aufbau: Auf der dem Chip zugewandten Seite besteht er aus gewöhnlichem Metall, gefolgt von einem Isolator und abgeschlossen mit einem Supraleiter. Liegt eine Spannung an, wandern die energiereichsten Elektronen im Metall durch den Isolator zum Supraleiter. Dieser Sprung ist aber nur möglich, wenn die Elektronen mehr Energie mitnehmen, als ihnen eigentlich zusteht. Sie tunneln zu Lasten der zurückbleibenden Atome und kühlen diese dadurch ab.
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