Obiecujące techniki chłodzenia

Zastosowanie cząsteczek magnetycznych w zintegrowanych mikroukładach chłodzących może pozwolić na schładzanie poniżej temperatury ciekłego helu, czyli około 4 kelwinów (-269°C). Chłodzenie takich materiałów polega na wykorzystaniu efektu magnetokalorycznego i wymaga niewielkiej zmiany przyłożonego pola magnetycznego rzędu kilku tesli.

Większość dotychczasowych badań cząsteczkowych układów chłodzenia wykonywano na większych fragmentach materiałów. Rozszerzenie prac w tej dziedzinie na cząsteczki osadzane na podłożu wymaga przezwyciężenia trudności związanych z niskimi temperaturami oraz słabym sygnałem magnetycznym tak znikomych ilości materiału magnetycznego. Badacze korzystający z dofinansowania UE w ramach projektu MAPROMODE znacząco poszerzyli zakres dostępnej wiedzy zarówno w przypadku warstw osadzanych, jak i większych fragmentów.

Dwa lata badań nad scharakteryzowaniem właściwości fizycznych fragmentów wybranych chłodziw cząsteczkowych w bardzo niskich temperaturach zaowocowały 10 publikacjami w prestiżowych czasopismach naukowych.

Równolegle badacze pomyślnie osadzili chłodziwo cząsteczkowe na podłożu krzemowym. Następnie scharakteryzowano osadzone chłodziwa cząsteczkowe z wykorzystaniem mikroskopii sił magnetycznych (MFM). Jest to metoda podobna do mikroskopii sił atomowych (AFM), polegająca na wykrywaniu właściwości powierzchni magnetycznej na podstawie siły magnetycznej powstającej między końcówką sondy a powierzchnią.

Wykorzystując metodę MFM w temperaturze zbliżonej do temperatury ciekłego helu, naukowcy wykazali, że osadzone cząsteczki zachowują swoje właściwości magnetyczne, a tym samym również zdolność chłodzenia. Wyniki tych pionierskich prac zostały opublikowane w artykule wyróżnionym na okładce czasopisma naukowego i nagłośnione poprzez informacje w prasie naukowej oraz mediach regionalnych i krajowych. Stanowią one pierwszy krok w kierunku opracowania mikroukładów chłodzących na krzemie do pracy w bardzo niskich temperaturach, jakich wymagają na przykład najnowsze czujniki rentgenowskie i czujniki podczerwieni.

Kontynuowane są badania nad maksymalną miniaturyzacją układów chłodzących dla potrzeb niszowych zastosowań w sektorach zaawansowanych technologii. Opracowana w ramach projektu MAPROMODE przełomowa technologia cząsteczkowych mikroukładów chłodzących powinna okazać się gorącym towarem.