La toute première mesure de la température des électrons dans un dispositif nanoélectronique à quelques millièmes de degré au-dessus du zéro absolu a été démontrée dans un projet de recherche conjoint réalisé par VTT Technical Research Centre of Finland Ltd, Université de Lancaster, et Aivon Ltd. L'équipe a réussi à rendre les électrons d'un circuit sur une puce de silicium plus froids que ce qui avait été réalisé auparavant.

Bien qu'il ait longtemps été possible de refroidir des échantillons de métaux en vrac même en dessous de 1 millikelvin, il s'est avéré très difficile de transférer cette température aux électrons dans de petits appareils électroniques, principalement parce que l'interaction entre les électrons conducteurs et le réseau cristallin devient extrêmement faible à basse température. En combinant la micro et la nanofabrication de pointe et des approches de mesure pionnières, l'équipe de recherche a réalisé des températures électroniques ultra basses atteignant 3,7 millikelvins dans un dispositif nanoélectronique à effet tunnel. Un article scientifique sur le sujet a été publié dans Communication Nature le 27 janvier, 2016.

Cette percée ouvre la voie à des circuits nanoélectroniques inférieurs au millikelvin et constitue une autre étape sur la voie du développement de nouvelles technologies quantiques, notamment des ordinateurs et des capteurs quantiques. Les technologies quantiques utilisent des effets de mécanique quantique pour surpasser toute technologie possible basée uniquement sur la physique classique. En général, de nombreux capteurs de champ magnétique et détecteurs de rayonnement à haute sensibilité nécessitent des températures basses simplement pour réduire le bruit thermique préjudiciable.

Ce travail marque la création d'une technologie habilitante clé qui facilitera la R&D en nanosciences, physique du solide, science des matériaux et technologies quantiques. Le dispositif nanoélectronique démontré est un thermomètre dit primaire, c'est à dire., un thermomètre qui ne nécessite aucun étalonnage. Cela rend la technologie très attrayante pour les applications d'instrumentation à basse température et la métrologie.

Cette percée a été rendue possible en rassemblant des groupes et des experts de premier plan au niveau international, chacun ayant son propre bilan de réalisations dans les domaines des nanotechnologies et des capteurs haute performance (VTT Technical Research Centre of Finland Ltd), électronique personnalisée à faible bruit (Aivon Ltd, Finlande) et la réfrigération à ultra-basse température et la caractérisation d'appareils (groupe Physique ultra-basse température et Quantum Technology Center à Lancaster).

VTT étudie avec BlueFors Cryogenics la possibilité de commercialiser le composant primaire du thermomètre.

Dr Mika Prunnila, Chef d'équipe de recherche en nanoélectronique au VTT, a déclaré :« Créer un nouvel outil de mesure pour la thermométrie sans étalonnage est un grand pas en avant. Il s'agit d'un appareil important pour les machines quantiques qui ont besoin d'un environnement à basse température pour fonctionner et l'appareil est disponible dès maintenant pour comparer différents systèmes. »

Dr Rich Haley, Responsable de la physique des ultra basses températures chez Lancaster, a déclaré:"C'est une réalisation notable dans la mesure où l'équipe a finalement franchi la barrière des 4 millikelvins, ce qui est le record dans de telles structures depuis plus de 15 ans."

Le Dr Jon Prance du Lancaster Quantum Technology Center a déclaré :« Non seulement nous avons mesuré la température nanoélectronique la plus froide jamais enregistrée, mais nous avons également démontré des techniques qui ouvrent la porte à des températures encore plus basses."