纳米电子学开启超低温“极限挑战”

在超低温纳米电子学领域取得了一项新的记录，科技人员在一个纳米电子学装置第一次测量了电子的温度，低得“令人发怵”的温度只有开氏温标绝对温度以上的千分之几度，接近自然绝对冰点的低温。联合研究项目由芬兰VTT技术研究中心有限责任公司、兰卡斯特大学和芬兰阿维安有限责任公司的科技人员共同实施，科技团队的成员设法将硅片电路中电子的温度降低到最低记录的水平，比之前记录的任何最低温度还要低。

科技人员很早将一块金属样品的温度降低到了低于毫开尔文度的水平，在一个小的电子装置中如何将电子的温度降低到极低的水平？技术操作非常困难的主要原因在于，在超低温的条件下，在导流电子和晶格之间产生的相互作用变得极其微弱。通过将前沿的微纳米构造技术和首创的测量方法相互结合，芬兰高科技公司的研究团队实现了超低的电子温度，他们在一个纳米电子学概念的电子通道装置中将温度降低到了3.7毫开尔文度。《自然》杂志通讯科学栏目刊载了研究团队的低温技术成果。

测量技术的突破铺平了通往亚毫开开尔文度纳米电子电路的道路，向开发前沿的量子技术——包括量子计算机和量子传感器迈出了重要一步。应用量子力学效应的量子科技超越了任何以经典物理学为基础的开发技术。许多高灵敏性的磁场传感器和辐射探测器一般要求极低的温度。为了减低热噪音的不利影响因素。科技团队创立了一项关键性的技术，在纳米科学和量子技术、固体物理学和材料科学领域进行了多学科的协调，他们研发的纳米电子装置展示了基本温度计的应用前景，新概念的温度计无需校准，这是温测技术非常有吸引力的主要原因，在低温仪器和计量学领域有广泛的用途。

技术的突破使得在国际上领先的科研团队和行业专家之间能够开展研发合作，团队成员和专家们在各自的纳米技术和高性能传感器领域取得了各自的成果，其中的芬兰VTT技术研究中心有限责任公司在高性能传感器领域、芬兰艾旺有限责任公司在定制的低噪音电子学器件领域取得了卓越的成绩，兰卡斯特大学的超低温物理学小组和量子技术中心在超低温电冰箱和装置性能的研究领域获得了优势。芬兰的VTT正寻求与低温制冷公司布鲁福斯的全面技术合作，以开发有商业应用前景的基本温度计产品。

VTT科技团队的负责人米卡·普卢里纳解释说，对非校准要求的测温学来说，研制新的测量工具相当于向前迈出了一大步，测温工具对量子装置的测量非常重要，这些装置通常需要极低温的环境。科技团队将开发的测量仪器应用在对不同的量子系统进行基准性的测量。兰卡斯特大学量子技术中心的乔恩·普兰斯博士解释说，他们不仅在纳米电子学领域测量到了最低温度，而且创新的技术展示了开启更低温度技术大门的可能。兰卡斯特大学超低温物理学机构的负责人里奇·哈利解释说，这是一项值得关注和赞扬的科研成果，科技团队最终突破了4毫开尔文度的“技术壁垒”，似乎不可逾越的记录性指标在类似方案的实验中保持了15年。

（编译：2016-1-29）