Mababang-Temperatura na Superconducting na Coaxial Cables

Ang Mababang-Temperaturang Superconducting na Coaxial Cables (LTS Coaxial Cables) ay mga mahahalagang "mga hibla ng nerbiyo" sa mga eksperimento sa ultra-mababang temperatura at sa mga makabagong teknolohiya tulad ng quantum computing.

Upang lubos na maunawaan ang mga cable na ito, maaari nating suriin ang mga ito mula sa tatlong pananaw: ang kanilang istruktura, mga prinsipyo ng paggana, at ang mga pangunahing hamon na kanilang nilayon palutasin.

1. Pangunahing Istruktura: Bakit Ito Tinatawag na "Coaxial"?

Sa istruktura, ang mga mababang-temperaturang superconducting na coaxial cables ay gumagamit ng coaxial na konpigurasyon na katulad ng karaniwang coaxial na TV cable sa bahay. Gayunpaman, ang mga materyales at kondisyon ng pagtatrabaho ay lubos na magkaiba.

Panloob at panlabas na conductor: Karaniwang gawa ito sa mga mababang-temperaturang superconducting na materyales tulad ng NbTi (Niobium-Titanium).

Patong na pangkakinsulado (dielectric): Matatagpuan sa pagitan ng panloob at panlabas na mga conductor, ang dielectric ay karaniwang isang materyal na may napakababang dielectric loss, tulad ng PTFE (Teflon).

Kapaligiran sa pagpapatakbo: Ang kable ay dapat gumana sa napakababang temperatura—karaniwan ay mas mababa sa 4.2 K (temperatura ng likidong helium). Sa ilalim ng mga kondisyong ito, ang superconducting material ay pumapasok sa estado ng zero-resistance.

Ang coaxial na istruktura na ito ay nagsisiguro ng matatag na transmisyon ng mataas na dalas na senyales na may pinakamaliit na pagkawala sa ilalim ng cryogenic na kondisyon.

2. Bakit Gamitin ang Superconducting Materials para sa mga Kable?

Sa mga eksaktong eksperimento tulad ng quantum chip control, ang microwave signals ay dapat ipasa mula sa kapaligiran na may karaniwang temperatura pababa sa napakababang antas ng temperatura (halimbawa, 20 mK). Kung ang karaniwang copper cable ang gagamitin, may dalawang kritikal na problema na lumilitaw.

Pagbaba ng signal (pagkawala ng signal): Ang karaniwang mga metal ay may elektrikal na resistensya. Sa panahon ng paghahatid ng mataas na dalas na signal, ang enerhiya ay nagiging init, na nagdudulot ng paghina ng amplitude ng signal at maaaring magdulot ng pagbaluktot o pagkawala ng signal.

Paggawa ng init (hamon ng pagtagas ng init): Ang tanso ay hindi lamang mahusay na conductor ng kuryente kundi isa ring mahusay na conductor ng init. Mula sa bahagi na may temperatura ng silid, maaaring madaling dumaloy ang init kasama ng kable papunta sa rehiyon na may napakababang temperatura, nagdudulot ito ng mabigat na thermal load sa sistema ng paglamig at maaaring magdulot ng kawalan ng katatagan sa sistema.

Ang 'mahiwagang' kakayahan ng mga low-temperature superconducting cables ay nasa kanilang sero na electrical resistance at mababang thermal conductivity, na nagbibigay-daan sa microwave signals na maihatid halos walang pagkawala habang epektibong pinoprotektahan ang ultra-low-temperature environment.

3. Application scenarios

Quantum Computing: Ito mga kable ang nagdadala ng eksaktong microwave control at readout signals sa superconducting qubits, na pinipigilan ang decoherence na dulot ng thermal noise.

Pisika ng Mataas na Magnetic Field: Sa mga particle accelerator at sistema ng MRI, ang mga superconducting coaxial cable ay nagsisiguro ng maaasahang mataas na dalas ng signal transmission sa ilalim ng malalakas na magnetic field.

Pagtuklas sa Kalawakan: Sa mga satellite at sistema ng infrared detection na nangangailangan ng cryogenic cooling, ang mga kable na ito ay tumutulong sa pagpapanatili ng napakataas na sensitivity habang binabawasan ang thermal load.

4. Mababang-Temperatura na Superconductor (LTS) vs. Mataas-na-Temperatura na Superconductor (HTS)

Mababang-Temperatura na Superconducting Coaxial Cable (LTS): Kasama ang mga materyales na NbTi at Nb3Sn, gumagana sa ilalim ng 10 K gamit ang liquid helium, pangunahing para sa transmisyon ng signal at precision measurement.

Mataas-na-Temperatura na Superconducting Power Cable (HTS): Kasama ang mga materyales na YBCO at BSCCO, gumagana sa 65–77 K gamit ang liquid nitrogen, pangunahing para sa mataas na kasalukuyang transmisyon ng kuryente.

Kesimpulan

Ang mga coaxial cable na may mababang temperatura at superconducting ay maaaring ituring na micro-scale na kalsadang walang pagkawala ng impormasyon. Tinitiyak nila ang halos walang pagkawala ng microwave signal habang pinipigilan ang pagtagas ng init sa ultra-mababang temperatura ng mga sistema.

Dahil sa matagal nang karanasan sa mataas na dalas at teknolohiyang presisyon ng mga cable, patuloy na pininino ng Hotten ang mga materyales ng conductor, dielectric structures, at kabuuang katatagan ng cable, na nagbibigay ng maaasahang solusyon sa paghahatid ng signal sa mababang temperatura at mataas na dalas para sa mga napapanahong pananaliksik at mataas na aplikasyon.