KAIST, 자기장 변화를 이용한 '소형 초저온 냉각장치' 개발

2025-01-29

한국과학기술원(KAIST) 기계공학과 정상권 교수팀은 자기장 변화를 이용하여 절대온도 0도에 가까운 초저온을 달성할 수 있는 소형 냉각장치를 개발했다.

초저온 냉각장치는 우주용 센서나 양자컴퓨터 등을 안정적인 상태로 유지하기 위하여 온도를 매우 낮게 유지하는 데에 사용된다. 기존에는 초저온 상태를 얻기 위해 동위원소 헬륨-3과 헬륨-4의 혼합물을 이용한 희석식 냉동기를 이용한다. 그러나 헬륨-3의 값이 비싸고 밀도가 낮아 순환 장치가 필요해서 시스템의 크기가 거대하다는 문제가 있다.

본 연구팀은 헬륨-3을 사용하지 않으면서 소형의 크기로 초저온을 얻을 수 있는 냉각 장치를 개발했다. 이를 위해 사용된 흡착식 냉동기는 활성탄과 같은 흡착제 표면에 기체가 달라붙는 흡착 현상을 이용해 흡착제 온도를 조절하고 액체 헬륨을 증발시켜 냉각 효과를 나타낸다. 여기에 자성 물질의 자기적 압축과 팽창을 가능케 하는 초전도 자석을 이용하여 냉각기 시스템을 소형화했다. 자성 물질은 상용 냉동기와 흡착식 냉동기로 약 1.5 K까지 예냉되고 이후 초전도 자석의 자기장 변화를 통해 최종 0.3 K(섭씨 -272.85도)까지 냉각된다

Source: https://www.daejonilbo.com/news/articleView.html?idxno=2174161