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On-chip magnetic cooling of a nanoelectronic device

机译:纳米电子器件的片上磁冷却

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摘要

We demonstrate significant cooling of electrons in a nanostructure below 10 mK by demagnetisation of thin-film copper on a silicon chip. Our approach overcomes the typical bottleneck of weak electron-phonon scattering by coupling the electrons directly to a bath of refrigerated nuclei, rather than cooling via phonons in the host lattice. Consequently, weak electron-phonon scattering becomes an advant- age. It allows the electrons to be cooled for an experimentally useful period of time to temperatures colder than the dilution refrigerator platform, the incoming electrical connections, and the host lattice. There are efforts worldwide to reach sub-millikelvin electron temperatures in nanostructures to study coherent electronic phenomena and improve the operation of nanoelectronic devices. On-chip magnetic cooling is a promising approach to meet this challenge. The method can be used to reach low, local electron temperatures in other nanostructures, obviating the need to adapt traditional, large demagnetisation stages. We demonstrate the technique by applying it to a nanoelectronic primary thermometer that measures its internal electron temperature. Using an optimised demagnetisation process, we demonstrate cooling of the on-chip electrons from 9 mK to below 5 mK for over 1000 seconds.
机译:我们通过对硅芯片上的薄膜铜进行消磁,证明了低于10 mK的纳米结构中电子的显着冷却。我们的方法通过将电子直接耦合到冷冻核池中,而不是通过主体晶格中的声子进行冷却,克服了弱电子-声子散射的典型瓶颈。因此,弱的电子-声子散射成为一种优势。它允许电子在实验上有用的时间内冷却到比稀释致冷器平台,传入的电连接和主体晶格要低的温度。全球正在努力达到纳米结构中的亚millikelvin电子温度,以研究相干电子现象并改善纳米电子器件的操作。片上磁冷却是应对这一挑战的一种有前途的方法。该方法可用于在其他纳米结构中达到较低的局部电子温度,从而无需采用传统的大型退磁步骤。我们通过将其应用于测量其内部电子温度的纳米电子主温度计来演示该技术。使用优化的退磁工艺,我们演示了将片上电子从9µmK冷却到低于5µmK超过1000µs的时间。

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