据官方消息报道，咱们前段时间又实现了一个新的突破，中国在阻挫磁性与极低温制冷领域取得突破团队在三维磁性合金中，首次发现了金属自旋超固态，并建立其电子媒介间接交换与磁偶极作用协同驱动新机制。

　　中国科学家拿下一项世界级突破，首次揭示金属自旋超固态的存在，还基于这一发现，造出不用氦3就能达到极低温的智能技术。

　　这是妥妥的Nature级成果，实际价值远超单一期刊发表，既是中国科学家首创，更直接推翻了当前主流的极低温制冷技术。

　　直白说，中国超导量子计算机以后有望用上自主设计的“超级冰箱”，再也用不着依赖稀缺的氦3，不用看别人脸色。

　　很多人对这些技术名词感到高深，咱们从超导量子计算机的运行需求说起，慢慢讲透，超导量子计算机正常运作离不开极低温度，只有这样才可以稳住量子态、保证计算准确，就像人在极端高温下没法专心工作一样。

　　过去多年，全球主流制冷设备都是稀释制冷机，这种设备咱们长期依赖进口，花钱多还受制约，是行业公开难题。

　　这两年虽有国产稀释制冷机问世，看似打破进口垄断，但核心问题未解决——不管国产还是进口，制冷都得靠氦3，这种资源在地球上极为稀缺。

　　新闻早就报道过，氦3是稀缺战略资源，全球储量有限且集中在少数国家，咱们获取不仅成本极高，还容易被“卡脖子”。

　　此前我国研发“祖冲之三号”量子芯片时，配套稀释制冷机依赖进口，曾因氦3供应紧张耽误部分测试进度，这也是行业普遍痛点。

　　想明白新成果的厉害，先通俗拆解传统稀释制冷机的原理，1908年，超导现象发现者昂纳斯通过液化氦气，成功实现4.2K的极低温。

　　这一突破让他三天后发现汞的超导性，为人类材料科学打开新大门，此后诸多科研突破不能离开极低温技术。

　　随着科研深入，很多研究需要的温度远低于4.2K，氦气作为沸点最低的气体，如何进一步降温，长期困扰着科学家。

　　科学家们最终找到抽气减压的方法，说白了就是降低气体饱和蒸汽压，以此进一步拉低温度。

　　装有液氦的容器中，氦气会持续蒸发，抽掉部分氦蒸汽，液态氦表面氦分子会加速逃逸、继续蒸发，蒸发吸热会让液氦温度下降。

　　这种方式能将4.2K的液氦4降到1.2K左右，要注意，从4.2K到1.2K的突破，用的都是氦4，达到1.2K后，再降温就必须用氦3。

　　1K时，氦3的饱和蒸汽压是氦4的35倍；0.5K时，这一数值高达1000倍，按照抽气减压原理，饱和蒸汽压越高，减压、降温效果越好，沸点约3.2K的氦3，靠这种方式能降到0.3K甚至0.2K（200毫K）。

　　200毫K仍满足不了部分高端科研需求，想进一步降到几十毫K，就需要稀释制冷技术，而这一步更离不开氦3。

　　稀释制冷用氦3和氦4的混合液体，0.87K以下两种液体会分离：高浓度氦3在上，低浓度氦3在下。

　　这种状态下，氦4会进入超流态，无任何粘滞性，像有质量的线如同溶解在里面的气体。

　　从稀释相中抽氦气时，因氦3与氦4饱和蒸汽压不同，大量氦3会被优先抽走，上层浓缩相的氦3会渗透下来维持平衡。

　　这一渗透过程会吸热，和液体蒸发原理类似，只是液气状态颠倒，能将温度进一步降至几十毫K甚至几毫K，逼近绝对零度。

　　问题也很明显，整一个完整的过程需消耗大量氦3，其稀缺性直接限制了技术应用，新闻曾报道，我国某科研机构为维持一台稀释制冷机运转，每年要花上亿元采购氦3，还常面临供应不足、制约科研进度的问题。

　　正因氦3稀缺，科学家们一直寻找替代路径，稀释制冷技术发明70多年后，转机终于出现，中科院和上海交大等机构组成的联合科研团队，突破了全新极低温制冷技术，核心就是金属自旋超固态现象。

　　“自旋超固态”不用深钻，字面理解即可：它是一种量子物态，既有固态属性，内部原子排列规整如晶体；又有超流体属性，晶体可无摩擦流动。

　　这种矛盾状态，正是它能强效制冷的关键，此次中国科学家是通过磁性体系实现自旋超固态。

　　电子自旋决定物质磁性，自旋本身就像一个个小磁针，磁性体系下的自旋超固态，既有长程磁有序，又有较强量子涨落即自旋超流。

　　这种共存能带来非常大磁熵变化潜力，也就是巨磁卡效应，天生适合制冷，比传统方式更高效，卡效应原理很简单，通过改变系统某一物理量调节熵变、改变温度，此次触发因素是磁。

　　制冷过程分两步：先等温磁化，外部磁场将内部自旋拉直，磁熵大幅度降低，为防温度上升，需接触冷源带走热量。

　　再进行绝热去磁，系统不接触热源，撤走磁场后自旋恢复混乱、磁熵增加，总熵不变下，声子熵和电子熵大幅度降低，系统温度随之下降成为冷源。

　　自旋超固态的优势的是，微小外部磁场变化，就能让其内部超流部分快速响应，实现强效冷却。

　　此次所用核心材料是ECA。2024年已有团队在绝缘体中实现自旋超固态和磁卡效应，但绝缘体热导率差，冷却效率低。

　　金属热导率高，此次科学家首次在金属中实现自旋超固态，解决了效率难题，可将自身冷却至106毫K（0.106K），掺杂版本能降到80毫K。

　　这一数值大幅低于氦3抽气减压实现的200毫K，客观来说，其最低降温能力目前仍不及顶尖稀释制冷机（可低于10毫K），仍有提升空间。

　　但它最大的优势是不用依赖氦3，系统复杂度大幅度降低，实际应用中能节省大量成本，对极低温物理和量子科技意义重大。

　　目前这套制冷方案还不能独立用于超导量子计算机，后者需10~20毫K抑制噪声，106毫K甚至80毫K仍不满足需求。

　　但其应用前景广阔，一方面可通过级联方式进一步降温，即便降不到10毫K以下，也能作为稀释制冷机前段形成互补，降低成本。

　　另一方面，目前已有可运行于200毫K左右的高频超导比特设计，新闻显示国盾量子等企业正在推进研发，一旦成熟，这项新发明可直接替代稀释制冷机。

　　这项突破不仅打破氦3对极低温制冷技术的垄断，更让中国在量子科技领域多了一项自主可控的核心技术。

　　从依赖进口稀释制冷机到自主研发新技术，中国科学家用坚守攻克行业痛点，彰显了中国科技的崛起力量。

　　每一项科研突破背后，都是科研人员的默默付出和中国科技的逐步积累，这项技术落地，必将推动量子计算机、材料科学等领域快速发展。

　　未来，随技术一直在优化，相信中国科学家会带来更多突破，打破更多国外技术垄断，让中国科技在全球绽放光彩，为人类科技进步贡献中国力量。

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