Cryogenie is de studie van materiaalwetenschappen bij extreem lage temperaturen. Cryogene temperaturen worden over het algemeen beschouwd als temperaturen lager dan -180° Celsius.
Cryogene wetenschap heeft veel gebruiksmogelijkheden in de fabricage en wordt vaak gebruikt in stresstests om het ontwerp van materialen en producten te evalueren die in winterse omgevingen worden gebruikt. Cryogene technieken omvatten vaak het gebruik van vloeibare stikstof of vloeibare helium, die beide samengeperst bij zeer lage temperatuur worden opgeslagen. Zodra deze twee verbindingen in de normale atmosferische temperatuur komen, verdampen zij en koelen zij snel af in welk vat zij ook worden gebruikt.
Cryogenie is van bijzonder belang wanneer zij wordt toegepast op elektriciteit en op silicium gebaseerde halfgeleiderprocessoren, omdat superkoeling kan worden gebruikt om supergeleiding tot stand te brengen. In een supergeleider stromen de elektronen zonder weerstandsverlies door het materiaal, waardoor hogere prestaties mogelijk worden door hogere bedrijfsfrequenties.
Cryogenie wordt vaak verward met cryonics, maar dat is niet hetzelfde. Cryonics is de praktijk van het diepvriezen van recent overleden organismen om ze later weer tot leven te wekken.
Cryogenics in het datacenter
Cryokoelers zijn een type cryogene koelers die in datacenters worden gebruikt. Zij zijn gebaseerd op de principes van Stirling-warmtemotoren, een koelingsconcept dat al tientallen jaren in veel industrieën wordt gebruikt. Het probleem met het gebruik van cryokoelers in het datacenter is echter dat de warmte-engines groot genoeg moeten zijn om effectief te zijn -- en dit kan moeilijk zijn in een datacenter waar de fysieke ruimte beperkt is.
In het verleden werden cryokoelers gebruikt voor in-cabinet of in-row koeling. De uitdaging was altijd om voldoende warme lucht naar de cryokoeler te leiden om deze effectief te laten werken, en vervolgens de gegenereerde koude kruising te gebruiken om een gesloten koelsysteem te creëren. Hiervoor waren voldoende ventilatoren en leidingen nodig om ervoor te zorgen dat de luchtstromen naar behoren werkten, waarbij het opnieuw een uitdaging was om voldoende fysieke ruimte te hebben om het gebruik van cryokoelers kosteneffectief te maken.
Cryogenics en quantum computing
In het datacenter van vandaag wordt de term cryogenics vaak geassocieerd met quantumcomputing. Kwantumcomputers zijn voor hun normale werking afhankelijk van superkoeling, wat betekent dat alle componenten bij cryogene temperaturen moeten werken. Een grote uitdaging bij de bouw van kwantumcomputersystemen is hoe supergeleidende qubits in een cryogene behuizing kunnen worden ondergebracht, terwijl de besturings- en uitleescircuits bij kamertemperatuur kunnen werken.