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美國物理學家最近打造出一種新型固態冷卻裝置，能將物體降溫至300 mK以下。此裝置無可移動零件，而是利用48個微小量子穿隧接面(quantum-tunnelling junction)來冷卻比元件本身重106倍的銅片。該研究團隊認為優化後的裝置能應用在一般低溫設備不適用的場合，譬如冷卻執行太空任務之探測器。
對於許多近代物理研究而言，將溫度降至300 mK以下是必需的條件。這種液態氦無法達到的低溫，一般可使用稀釋致冷低溫系統(dilution refrigerator)，藉由抽取氦同位素可將溫度降至數mK。此方法儘管效果極佳，該系統卻難以安裝在太空設備上來冷卻探測器。
另一種絕熱去磁(adiabatic demagnetization)冷卻法則因須把樣本置於強磁場下，並重複開關磁場，故不利實際應用。多年來研究人員仍持續研發其他實用的固態冷卻裝置，理想上希望能僅藉由導通電流而將電腦晶片大小的物體降溫至300 mK以下，目前已有許多方法能成功降溫尺寸小於1 mm的樣本。
美國國家標準技術研究所(NIST)由Joel Ullom領導的研究團隊於2005年發表利用量子穿隧效應的冷卻元件，其尺寸非常微小但可冷卻相對大型的物件，不過待冷卻物須在製造時整合至一冷卻膜上，因此該方法並不能重複使用。此次Ullom等人研發的新型固態冷卻裝置則具有可重複使用的優點，實驗數據顯示此裝置能將2.5 cm大的銅片在18小時內從290 mK 降至 256 mK。
銅片透過一薄膜傳遞熱能，但在電性上仍維持絕緣，Ullom認為這一點很重要，因為若非絕緣，電流將會流過待冷卻物體而導致升溫。薄膜與48個微型量子穿隧接面相連，每個接面是由1 nm厚的隔離絕緣層隔開30 nm厚的普通導體及300 nm厚的超導體所構成。電流會在接面兩端產生電位差，能量較高的電子較有機會從普通導體穿隧過絕緣層，進入外部的超導體，導致高能的熱電子較容易被移除至系統外，銅片溫度因而下降。
研究人員計畫進一步優化此冷卻裝置，以期將溫度從300 mK降至100 mK，他們也打算開發另一種能將溫度從100 mK降至數十mK的致冷設備，此溫度目前仍難以迄及。詳見Applied Physics Letters 102, 082601 (2013)。 |