Deux des thermomètres supraconducteurs du NIST pour mesurer les températures cryogéniques sont collés en bas à gauche et en haut à droite de cet amplificateur. Les thermomètres miniatures, en niobium sur une couche de dioxyde de silicium, mesurer la température de l'amplificateur ou d'un autre appareil sur la base d'un signal de fréquence. Crédit :Wheeler/NIST
Des chercheurs du National Institute of Standards and Technology (NIST) ont inventé un thermomètre miniature avec de grandes applications potentielles telles que la surveillance de la température des puces de processeur dans les ordinateurs quantiques à base de supraconducteurs, qui doit rester froid pour fonctionner correctement.
Le thermomètre supraconducteur du NIST mesure des températures inférieures à 1 Kelvin (moins 272,15 °C ou moins 457,87 °F), jusqu'à 50 milliKelvin (mK) et potentiellement 5 mK. C'est plus petit, plus rapide et plus pratique que les thermomètres cryogéniques conventionnels pour les dispositifs à puce et pourrait être produit en masse. Les chercheurs du NIST décrivent la conception et le fonctionnement dans un nouvel article de journal.
Seulement 2,5 sur 1,15 millimètres, le nouveau thermomètre peut être intégré ou collé à un autre dispositif cryogénique à micro-ondes pour mesurer sa température lorsqu'il est monté sur une puce. Les chercheurs ont utilisé le thermomètre pour démontrer rapidement, mesures précises de l'échauffement d'un amplificateur hyperfréquence supraconducteur.
La technologie est une retombée des capteurs supraconducteurs personnalisés du NIST pour les caméras de télescope, spécifiquement les détecteurs micro-ondes livrés pour le ballon BLAST.
"C'était une idée amusante qui s'est rapidement transformée en quelque chose de très utile, " Le chef du groupe, Joel Ullom, a déclaré. " Le thermomètre permet aux chercheurs de mesurer la température d'un large éventail de composants dans leurs emballages de test à très faible coût et sans introduire un grand nombre de connexions électriques supplémentaires. Cela pourrait profiter aux chercheurs travaillant dans l'informatique quantique ou utilisant des capteurs à basse température dans un large éventail de domaines. »
Le thermomètre est constitué d'un résonateur supraconducteur en niobium recouvert de dioxyde de silicium. Le revêtement interagit avec le résonateur pour décaler la fréquence à laquelle il vibre naturellement. Les scientifiques soupçonnent que cela est dû au "tunnelage" des atomes entre deux sites, un effet de mécanique quantique.
Le thermomètre NIST est basé sur une nouvelle application du principe selon lequel la fréquence naturelle du résonateur dépend de la température. Le thermomètre cartographie les changements de fréquence, mesuré par l'électronique, à une température. Par contre, les thermomètres conventionnels pour les températures inférieures à Kelvin sont basés sur la résistance électrique. Ils nécessitent un câblage acheminé vers l'électronique à température ambiante, ajoutant de la complexité et pouvant causer de l'échauffement et des interférences.
Le thermomètre NIST mesure la température en 5 millisecondes environ (millièmes de seconde), beaucoup plus rapide que la plupart des thermomètres résistifs conventionnels à environ un dixième de seconde. Les thermomètres NIST sont également faciles à fabriquer en une seule étape de processus. Ils peuvent être fabriqués en série, avec plus de 1, 200 montage sur une plaquette de silicium de 3 pouces (environ 75 millimètres).
