在全球科技竞争日趋激烈的背景下,极低温制冷技术已成为制约量子科技发展的关键瓶颈。
传统制冷方式需依赖氦-3等稀缺资源,而全球氦气储量有限且分布不均,我国每年进口依存度超过90%。
面对这一"卡脖子"难题,中科院理论物理所联合实验团队历时五年攻关,在钴基三角晶格量子材料中发现"自旋超固态"这一全新量子态。
研究团队通过精密调控材料自旋自由度,首次观测到该量子态在磁场作用下的巨磁热效应。
借助绝热去磁技术,成功将制冷温度降至接近绝对零度的94毫开尔文,较传统方法能效提升近40%。
《自然》期刊审稿人指出,该成果不仅验证了理论物理预言的量子现象,更开创了极低温制冷的新路径。
这项突破具有多重战略意义:其一,摆脱对进口氦资源的依赖,保障我国重大科研装备自主可控;其二,为量子计算机超导芯片、深空探测器等提供稳定低温环境;其三,推动极端条件物理研究进入新阶段。
据测算,新技术若实现工程化应用,可使相关设备运行成本降低60%以上。
目前,研究团队正与航天科技集团等单位合作,开展空间环境适应性验证。
预计未来三年内,该技术将率先应用于量子通信卫星地面站冷却系统。
科技部相关负责人表示,将把此项技术纳入"十四五"重大科技基础设施专项予以重点支持。
自旋超固态巨磁卡效应的发现与应用,不仅是一项重要的科学突破,更是中国科学家在基础研究领域自主创新能力的有力证明。
面对全球氦资源短缺的挑战,我国科研工作者以创新思维和扎实的科学功底,找到了新的解决之道。
这一成果的取得启示我们,坚持基础研究的长期投入,鼓励科学家进行大胆探索,才能在关键领域实现突破,掌握科技发展的主动权。
随着无氦极低温制冷技术的进一步完善和推广应用,必将为我国空间探测、量子技术等战略性产业的发展提供强有力的技术支撑,也将为人类探索宇宙、认识自然的伟大事业做出中国贡献。