Trong lĩnh vực công nghệ lượng tử như máy tính lượng tử, cảm biến siêu chính xác hay truyền thông bảo mật, nhiệt độ cực thấp là điều kiện bắt buộc. Các hệ thống hiện nay thường sử dụng tủ lạnh pha loãng dựa trên helium-3 để đạt mức nhiệt chỉ vài millikelvin trên độ không tuyệt đối. Tuy nhiên, helium-3 rất khan hiếm, chi phí cao và trở thành nút thắt lớn trong việc mở rộng quy mô công nghệ này.

Để giải quyết vấn đề, nhóm nghiên cứu đã phát triển một hợp kim đất hiếm có công thức EuCo₂Al₉, gồm europium, cobalt và nhôm. Vật liệu này hoạt động dựa trên cơ chế làm lạnh khử từ đoạn nhiệt (ADR). Khi đặt trong từ trường mạnh, các moment từ trong vật liệu sắp xếp lại và giải phóng nhiệt. Khi loại bỏ từ trường trong môi trường cách ly, các moment trở lại trạng thái hỗn loạn và hấp thụ nhiệt từ môi trường xung quanh, khiến nhiệt độ giảm sâu.

Điểm đột phá của hợp kim này nằm ở khả năng vừa đạt nhiệt độ cực thấp vừa có độ dẫn nhiệt tốt. Trong các vật liệu ADR truyền thống, việc truyền lạnh ra bên ngoài thường bị hạn chế, giống như một khối gỗ lạnh nhưng không làm mát môi trường xung quanh hiệu quả. Hợp kim mới khắc phục được hạn chế này, cho phép tạo ra hệ thống làm lạnh trạng thái rắn nhỏ gọn, không cần bộ phận chuyển động.

Trong thử nghiệm phòng thí nghiệm, vật liệu đạt nhiệt độ khoảng 106 millikelvin, tương đương với các hệ thống helium-3 hiện tại và đủ để phục vụ nhiều ứng dụng lượng tử. Ngoài ra, thiết kế dạng module rắn giúp hệ thống nhẹ hơn, dễ sản xuất hàng loạt và loại bỏ hoàn toàn sự phụ thuộc vào helium-3.

Công nghệ này có tiềm năng tạo ra các hệ thống làm lạnh nhỏ gọn cho máy tính lượng tử, thiết bị không gian, quốc phòng và y sinh. Ví dụ, bộ xử lý lượng tử có thể được tích hợp trực tiếp trên tàu vũ trụ hoặc các mạng truyền thông bảo mật có thể triển khai mà không cần hạ tầng làm lạnh cồng kềnh. Sự hợp tác giữa các viện nghiên cứu thuộc CAS và Đại học Giao thông Thượng Hải cho thấy bước tiến quan trọng trong việc thương mại hóa các hệ thống làm lạnh không phụ thuộc tài nguyên hiếm, góp phần thúc đẩy sự phát triển của công nghệ lượng tử trong tương lai.