Amerikaanse wetenschappers hebben een halfgeleider ontwikkeld die de temperatuur tot vlak boven het absolute nulpunt brengt. Met de minuscule koelkast worden voorwerpen gekoeld met een elfduizend keer groter volume.
De microchipkoelkast is gebouwd door wetenschappers van het National Institute of Standards and Technology in de staat Colorado. Met deze nieuwe techniek daalt de temperatuur tot 100 milliKelvin. De ontwikkelaars zien als mogelijke toepassing het koelen van zeer temperatuurgevoelige sensoren, bijvoorbeeld voor het nakijken van halfgeleiders of sterrenkundig onderzoek. Dergelijke sensoren worden gebruikt voor het opsporen van minieme verschillen in straling die afkomstig is van deeltjes niet groter dan enkele nanometers. De Amerikaanse ruimtevaartorganisatie Nasa is dan ook een van de financiers van het onderzoek.
Vrijheidsbeeld
De onderzoekers beschrijven hun apparaat in het tijdschrift Applied Physics Letters van 25 april. De vier halfgeleiders, ieder 25 bij 15 micrometer groot, bestaan uit een normaal metaal, een isolerende laag een laagje supergeleidend materiaal. Een elektrische spanning over de drie lagen zorgt ervoor dat de heetste elektronen een tunnel vormen van het metaal door de isolerende laag naar de supergeleider. De temperatuur in het metaal daalt dan ‘dramatisch’ en trekt slorpt daardoor elektrische- en ’tril’-energie op van de te koelen objecten.
De onderzoekers gebruiken vier van deze blokjes voor het koelen van een brok siliciumnitraat van 450 bij 0,4 micrometer dik. Daar was een blok germanium van 250 bij 250 micrometer opgelijmd. Deze metalen kubus is daarmee elfduizend keer groter dan de vier koelblokjes samen. De wetenschappers: “Dat is vergelijkbaar met het koelen van het Vrijheidsbeeld met een koelkast zo groot als een mens.” De kubus werd gekoeld tot 200 mK, en dat resultaat is nog te verbeteren, stellen de onderzoekers.
De koelblokjes zijn gemaakt met dezelfde lithografische techniek als gebruikt wordt om computerchips te ontwerpen. Productie en integratie met andere minuscule apparaten moet dan ook niet ingewikkeld zijn. De koelers zijn veel kleiner en goedkoper dan andere superkoelapparaten die nu worden ingezet voor het koelen tot 100 mK.
