Jyväskylän yliopistossa kehitetty uudentyyppinen mikrojäähdytin kiinnostaa tutkijoita



Jyväskylän yliopiston nanoteknologian tutkimusryhmä on kehittänyt mikrojäähdyttimen, jonka jäähdytystulokset ovat merkittävästi aiempia paremmat. Elektronien tunnelointiin perustuva jäähdytin oli esillä Jyväskylässä viime sunnuntaina kansainvälisessä nanoteknologian symposiumissa.


Professori Jukka Pekolan johtamassa nanoteknologian tutkimusryhmässä tutkijana työskentelevän FM Mikko Leivon väitöskirja aiheesta tarkastettiin symposiumin päätteeksi Jyväskylän yliopistossa tiistaina.

Väitöstutkimus on osa Euroopan Avaruusjärjestö ESA:n rahoittamaa hanketta, jossa pyritään valmistamaan toimiva mikrojäähdyttimen prototyyppi tulevaisuuden avaruusohjelmia varten. Avaruusteknologiassa käytettävien säteilynilmaisimien herkkyys paranee ratkaisevasti huippumatalissa lämpötiloissa.

Lähellä absoluuttista nollapistettä

Leivo käsittelee väitöskirjassaan jäähdytysmenetelmää, jota voidaan käyttää alle yhden asteen päässä absoluuttisesta nollapisteestä eli -273 Celsius-asteesta.

Periaate on kokeellisesti osoitettu ensimmäisen kerran Yhdysvalloissa vuonna 1994. Jyväskylässä ajatusta on viety pitemmälle ja jäähdyttimen tehoa on parannettu ratkaisevasti uudella menetelmällä, jonka tutkijaryhmä on jo patentoinut.

- Meillä syntyi kuningasajatus tunneliliitoksen rakenteesta, joka paransi jäähdyttimen suorituskykyä huomattavasti, Mikko Leivo kertoo.

Jäähdytysilmiö perustuu elektronien tunneloitumiseen tuhannesosamillimetrin kokoluokan metallisissa rakenteissa, jotka valmistetaan piisirun päälle elektronisuihkulitografialla. Elektronisuihkun rajaamat alueet metalloidaan erityisellä tyhjiöhöyrystyslaitteistolla.

- Sopivalla sähköjännitteellä pystytään imemään lämpöä pois piinitridikalvolle sijoitetusta jäähdytettävästä kohteesta. Metalleina on käytetty kuparia ja alumiinia, joiden ominaisuudet soveltuvat tähän tarkoitukseen riittävän hyvin matalissa lämpötiloissa, Leivo selvittää.

Leivon väitöstutkimuksessa piinitridikalvon lämpötilaa on voitu laskea puoleen sen alkulämpötilasta eli 0,2 Kelvin-asteesta 0,1 asteeseen. Sen parempia jäähdytystuloksia ei tunnelointimenetelmällä ole raportoitu missään.

- Teoriassa tässä ollaan jo lähellä käytännön sovellusta. Kalvon päälle voidaan rakentaa hiukkasilmaisin, jota voidaan jäähdyttää vielä matalampaan lämpötilaan, jolloin ilmaisimen herkkyys paranee huomattavasti, Leivo kertoo.

- Muutaman kymmenesosa-asteen päähän absoluuttisesta nollapisteestä ei päästä yksinkertaisin laittein. Jos pystytään ensin tuottamaan mikrojäähdyttimen vaatima alkulämpötila, mikrojäähdyttimellä voidaan hoitaa loput, Leivo toteaa.

Euroopan Avaruusjärjestön kiinnostus mikrojäähdyttimeen perustuukin juuri tähän. Kevyt, kooltaan ja tehonkulutukseltaan ennätyksellisen pieni jäähdytin on hyvinkin omiaan avaruustutkimukseen. Sen käyttöön laite saataneen viidessä, kymmenessä vuodessa.

STT-IA
6.8.1999


AJASSA -SIVULLE