高温超导

超导材料在特定的临界温度(Tc)以下同时具有零电阻和完全抗磁性等独特性质。基于超导材料的相关技术是目前人类利用电磁相互作用的极限手段之一，在高灵敏度探测等方面可以实现远超常规材料和设备的无可替代的性能。高温超导材料通常指Tc超过40K的超导体；铜氧化物超导体是目前已发现的在常压下Tc最高的高温超导体系。相比于传统的低温超导材料，高温超导材料的工作温度和条件更容易实现，各项临界参数指标更高，因此高温超导器件与装置在服务国家战略需求方面发挥着越来越重要的作用。
应用物理中心高温超导器件方向基于超导材料优异的物理性质和丰富的量子效应，面向国家安全、国民经济、国民健康等国家重大需求开展高温超导电子器件及系统研究。

低温半导体器件

以低温放大器为代表的低温半导体器件作为微弱信号探测系统的核心部件具有广泛的应用场景，在雷达、遥感、卫星通信、深空探测、量子信息、生物医疗等众多领域都发挥着重要作用。噪声水平是放大器的关键指标，在20 K以上其噪声主要来源于电声子热运动带来的热噪声，工作环境温度越高噪声水平越高，因此在低温环境下应用的低温放大器能够很大程度上降低器件的噪声水平，大幅度提高系统信号探测的灵敏度。此外，由于其器件沟道层的电子迁移率在低温环境能够显著提升，相比室温环境，低温放大器速度更快，带宽更大，并且可以拥有更低功耗。随着低温电子信息研究的兴起，以及空间电磁信息收集对探测性能的极致追求，低温放大器性能的提升将带来技术上的革新，有效提高各类电子信号探测系统的灵敏度，助力突破现有指标极限。然而，我国在低温半导体放大器方面的研发和制造较为滞后，研制出的低温放大器还主要集中在较低工作频率（20GHz以下），30 GHz~300 GHz毫米波频率范围应用的低温放大器基本空白，与国际水平差距较大，是我国“卡脖子”的问题。
基于以上研究背景，应用物理中心低温半导体器件方向将组建一支梯队完整的低温放大器科研团队，针对不同应用场景需求，形成定制化的器件设计、仿真、加工等能力；研制出具有国际先进水平的高性能低温半导体器件放大器，实现核心器件自主可控，并探索其在基础研究及工程技术领域中的更多应用。

固态制冷

在现代电子科学技术中，低温意味着性能。低温不仅存在一些新奇物理现象（如超导零电阻效应、约瑟夫森效应、量子霍尔效应等），也使得主流信息器件指标大幅提高（更高频率，更高迁移率，更低噪声、更小漏电流/暗电流和更低功耗等）。低温环境的实用化可大幅提升信息传感与探测、存储与处理等电子器件的综合性能。固态制冷技术是通过改变固体材料的基本自由度实现热量转换和搬运，达到特定环境的实用化制冷能力。固态制冷技术主要以磁卡、弹卡、压卡、热电、光学制冷等为代表。其中，基于热电材料帕尔贴（Peltier）效应的热电制冷技术，相比较传统机械方式制冷技术比，具有体积小，重量轻，无震动、成本低、且可靠性高和寿命长等优势，拥有非常大的实用价值。