世界纪录：纳米电子芯片被冷却至 2.8 毫开尔文
物理学家成功将一块纳米电子芯片冷却至 2.8 毫开尔文（mK），刷新世界纪录。他们采用磁制冷技术，同时降低芯片本体及其电气连接的温度。研究表明，经过优化后，同款技术有望突破 1 毫开尔文大关。
绝对零度与量子实验的极致追求
打破纪录的渴望不仅存在于竞技场，科学家们同样热衷于挑战极限。全球多个团队正致力于开发高科技制冷系统，力求无限逼近绝对零度（0 K，即 -273.15 °C）。在绝对零度下，微观粒子仅保留量子力学规定的零点能运动，这种极端低温环境为量子实验提供了理想条件，使我们得以探索全新的物理现象。
巴塞尔大学的突破性进展
巴塞尔大学的科学家们利用磁制冷技术，将纳米电子芯片及其电气连接的温度降至 2.8 mK。下面详细介绍他们构建“最冷纳米电子芯片”的关键技术细节。
磁制冷原理
物理学家将磁制冷原理引入纳米电子学，使器件逼近绝对零度。该技术通过施加磁场并阻隔外部热流来降低系统温度，但在磁场缓减前必须消除热磁化效应。
磁制冷的核心是磁热效应：适当材料在变化磁场作用下发生温度变化。当外磁场减弱时，材料磁畴因热能（光子）而失去定向；若系统绝热，磁畴重新定向会吸收热能，导致温度下降。例如，镍掺杂镨合金具有强大的磁热效应，可助物理学家逼近 1 mK。
双级磁制冷实现极致低温
为达到千分之一度开尔文量级，研究团队组合了两套基于磁制冷的冷却系统，将所有电气连接的温度降至 150 微开尔文。随后，他们在芯片上集成第二套冷却系统，并安装库仑阻滞温度计（CBT）。系统的材料组成与整体构型使温度无限逼近绝对零度。
金属库仑阻滞温度计是一种可靠的电子温度计，可工作至 10 mK 以下。其典型结构为线性排列的 Al/AlOx/Al 隧道结，中间夹有铜金属岛。实验中，对电子引线及 CBT 的大型金属岛实施绝热去磁化，既抑制了引线的外部热泄漏，又提供了片上制冷，最终将温度稳定在 2.8 ± 0.1 mK。
目前可维持该极端低温近 7 小时，足以开展大量实验，深入理解接近绝对零度下的物理特性。
应用前景与优势
在电子器件中实现如此低温，有助于探索新奇量子态，如螺旋核自旋相、量子霍尔铁磁体、脆弱分数量子霍尔态及全核自旋极化。此外，混合马约拉纳器件、半导体与超导量子比特的相干性均受益于更低温度。我们还可构建核制冷并行网络，将绝热核去磁化成熟方法应用于电子输运实验。
后续优化方向
改进微波滤波、减少主动阻尼引起的振动涡流加热、固定核级支撑结构至磁体支撑组件与混合室屏蔽层，可优化预冷效率并降低动态热泄漏，进一步推低绝热核去磁化后的最终温度。研究团队声称，同款技术有望达到 1 mK 极限。
参考文献：Scitation | doi.org/10.1063/1.5002565 | 巴塞尔大学
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