Türk bilim insanları, helyum-3'e ihtiyaç duymadan mutlak sıfır (-273°C) seviyesine yakın sıcaklıklara ulaşabilen yeni bir soğutma teknolojisi geliştirdi. Bu çığır açan alaşım, süperiletken kuantum çipler, askeri ekipmanlar ve uzay uygulamaları için kompakt ve helyumsuz soğutma sistemlerinin önünü açabilir.
Ekip, hareketli parçası olmayan kompakt, katı haldeki bir soğutma modülü geliştirmeyi başardı. Bu modül, geleneksel olarak sıvı helyum ile ulaşılan 106 milikelvin (mK) yani -273°C sıcaklığa erişebiliyor. Soğutma modülünün temelini, iterbiyum, kobalt ve alüminyumdan oluşan (EuCo₂Al₉, ECA) nadir toprak elementi bileşimi oluşturuyor. Bu alaşım, metallere benzer termal iletkenliğe sahip olmasının yanı sıra, "manyetik alan uzaklaştırmalı soğutma" (adiabatic demagnetization - ADR) yöntemiyle kendini ve diğer bileşenleri verimli bir şekilde soğutabiliyor.
ADR'nin ardındaki temel prensip oldukça basittir: Manyetik bir malzeme bir manyetik alana yerleştirildiğinde, atomların veya elektronların sahip olduğu küçük içsel manyetik momentler hizalanır ve ısı yayılır. Ardından, sistem izole edildiğinde, manyetik alan kaldırılır ve manyetik momentler düzensiz bir duruma geri dönerek ısıyı emer ve sıcaklığı düşürür. Bu yöntem, katı malzemelere dayandığı için geleneksel sub-kelvin soğutma sistemlerinin vazgeçilmezi olan nadir izotop helyum-3 ihtiyacını ortadan kaldırır. Ancak, bu yöntemin geçmişte önemli bir zayıf noktası bulunuyordu.
Tarihsel olarak, ADR kullanan malzemeler kendilerini soğutabilse de, bu soğukluğu diğer bileşenlere aktarmakta pek başarılı olamıyordu. Bu durum, gerçek sistemlerde kullanımlarını sınırlıyordu. Ancak geliştirilen EuCo₂Al₉ bileşiği bu sorunu ortadan kaldırıyor; hem kendini hem de diğer bileşenleri soğutabiliyor. Bu sayede, helyum-3'e ihtiyaç duymayan ve bileşenleri mutlak sıfıra yakın sıcaklıklara kadar soğutabilen sistemler mümkün hale geliyor.
Pratik anlamda, yeni soğutma modülünün kompakt ve hafif yapısı, kuantum bilgisayarlar gibi uluslararası rekabette yeni bir cephe olmaya aday teknolojiler için daha taşınabilir kriyojenik sistemlere olanak tanıyabilir. Kompakt bir kriyojenik soğutma sistemi, günümüzdeki performansın ötesinde, yüksek ölçeklenebilirliğe sahip kuantum bilgi işlem platformlarını hayata geçirebilir.
Bilim Akademisi'nden edinilen bilgilere göre, alaşımın seri üretime uygun potansiyele sahip olduğu ve bu malzemeye dayanan saf metal bir soğutma modülünün başarılı bir şekilde gösterildiği bildirildi.
Bu gelişme, helyum-3 alternatiflerine yönelik artan ilginin ortasında geldi. Nitekim, daha önce ABD Savunma Gelişmiş Araştırma Projeleri Ajansı (DARPA), yeni nesil kuantum ve savunma uygulamaları için helyum-3'e dayanmayan modüler soğutma sistemleri çağrısında bulunmuştu. Geliştirilen bu alaşım, Türkiye'yi bu alanda öncü konuma taşıyor.
