Tech

La puce qui fait du froid

ActualitéClassé sous :technologie , froid , zéro absolu

-

Un transistor microscopique de quelques micromètres carrés fait chuter la température à seulement un dixième de degré au-dessus du zéro absolu ! Le procédé est innovant et ce réfrigérateur miniature pourrait être utilisé pour améliorer les détecteurs à rayons X.

La structure en T forme un condensateur avec la barre de cuivre (colorée). A droite, les quatre fils supraconducteurs sont reliés par des jonctions tunnel. Soumis à un signal radio, ce transistor arrache des électrons et des calories au cuivre. © J. Pekol

Cette minuscule puce exploite l'effet tunnel et les techniques de l'électronique classique pour fabriquer du froid, et même du très froid puisqu'elle est capable de descendre à 0,1 kelvin, soit un dixième de degré au-dessus zéro absolu. En matière de basse température, ce n'est pas un record puisque l'on sait atteindre une centaine de picokelvins (1 picokelvin = 10-12 kelvin). Mais la méthode, qui fait appel à la résonance magnétique nucléaire, ne fonctionne que dans des conditions très particulières. Pour refroidir des volumes relativement grands, on ne connaît que l'hélium liquide, qui, lui, se contente de 0,3 kelvin.

Le circuit imaginé par Jukka Pekola (Université de technologie d'Helsinki) et son équipe a la puissance nécessaire pour refroidir un volume raisonnable de quelques cm3. Voilà de quoi intéresser les scientifiques et en particulier les astronomes, à la recherche d'un moyen pour rafraîchir le plus possible les détecteurs de rayons X. La chaleur, en effet, augmente considérablement le bruit de fond et constitue le pire ennemi de la sensibilité de ces instruments, qui nous renseignent sur les phénomènes les plus puissants de l'univers.

Les électrons chauds triés un par un

Parmi les systèmes produisant du froid, le principe est nouveau mais ses éléments sont pourtant bien connus. La puce glaçante fonctionne comme un transistor à effet de champ, utilisé en électronique de façon banale, dans lequel une charge électrique est retenue dans un condensateur jusqu'à ce qu'une tension du bon voltage la libère par effet tunnel. Cette méthode a déjà été exploitée, du moins au laboratoire, pour réaliser un système réfrigérant. L'idée est d'extraire ainsi les électrons dits chauds, c'est-à-dire ceux dont l'énergie est supérieure à l'énergie de Fermi (la plus élevée). Ce faisant, on retire de la chaleur d'un côté.

Mais ici, la jonction à effet tunnel est d'un type particulier. Exploitant le phénomène dit du blocage de Coulomb, elle ne laisse passer qu'un seul électron à la fois et connecte un métal classique (du cuivre) et un supraconducteur. Par ailleurs, plutôt que d'instaurer une tension électrique pour capter les électrons, Jukka Pekola et son équipe font appel à un rayonnement électromagnétique. Le résultat est une meilleure filtration des électrons les plus énergétiques. Conséquence : un refroidissement plus efficace.

Le petit engin n'a pas encore atteint ses limites théoriques mais le travail vient d'être présenté dans les Physical Review Letters. Il reste encore à démontrer qu'il sera effectivement capable de refroidir un détecteur de rayons X...

Abonnez-vous à la lettre d'information La quotidienne : nos dernières actualités du jour.

!

Merci pour votre inscription.
Heureux de vous compter parmi nos lecteurs !

Cela vous intéressera aussi