O
refrigerador de elétrons supercondutor, com uma configuração S2|S1|N|S1|S2,
pode esfriar um metal de 0,5 K a 100 mK em um processo de duas fases em
cascata. Crédito: M. Camarasa-Gómez et al. © 2014 AIP Publishing LLC
Resfriar objetos microscópicos a temperaturas
próximas do zero absoluto requer tecnologias de refrigeração não convencionais.
Um método de resfriamento em microescala é a refrigeração supercondutora, na
qual as quase-partículas (excitações coletivas) quentes de metais
não-supercondutores são transportadas para os supercondutores. Essa técnica pode
esfriar objetos microscópicos bem abaixo de 1 K. Em um novo estudo publicado na
Applied Physics Letters, uma equipe de pesquisadores, M. Camarasa-Gómez et al., da Itália e da França, propôs um
novo design para um refrigerador supercondutor em que o resfriamento é
realizado em uma cascata de passos. Devido a esta operação de múltiplos
estágios, o refrigerador pode esfriar um metal normal de 0,5 K a 100 mK com
melhor desempenho em comparação com técnicas similares.
‘Geladeiras’ supercondutoras são compostas de
supercondutores (S), metais normais (N) e barreiras de tunelamento (|) que
muitas vezes são dispostos em uma configuração simétrica; por exemplo, S|N|S.
Quando uma tensão é aplicada aos supercondutores, quase-partículas quentes no metal
normal tunelam através das barreiras | para os supercondutores, arrefecendo o
metal. O projeto proposto consiste na configuração S|N|S com um contato
túnel supercondutor adicional em cada extremidade: S2|S1|N|S1|S2. Uma voltagem
é aplicada aos supercondutores S2, levando a primeira quase-partícula quente do
metal normal para os supercondutores S1, e, em seguida, para os supercondutores
S2. Cada evento de encapsulamento remove o calor, resultando em uma corrente de
calor que flui a partir do interior para o exterior.
“Uma geometria cascata permite
arrefecer uma primeira fase supercondutora, que é utilizado como um banho
térmico local em uma segunda etapa,”
explicam os pesquisadores.
Este método de arrefecimento em cascata exige que
os componentes tenham certas propriedades, em particular as resistências, a fim
de operar corretamente. Os investigadores esperam que estes requisitos sejam
facilmente implementados em um dispositivo prático utilizando uma combinação de
vanádio, alumínio e cobre. A cascata de elétrons supercondutores poderia ser
usada para o resfriamento de ambos os objetos macroscópicos e microscópicos,
incluindo sensores ultrafrios para instrumentos astronômicos.
