Мини-термометр Supercool

Исследователи разработали миниатюрный сверхпроводящий термометр, который измеряет температуру ниже 1 кельвина (-272,15 °C или -457,87 °F), до 50 милликельвинов (мК) и потенциально до 5 мК. Он меньше, быстрее и удобнее, чем обычные криогенные термометры для устройств в масштабе чипа, и его можно производить серийно.

Термометр размером 2,5 × 1,15 миллиметра может быть встроен или прикреплен к другому криогенному микроволновому устройству для измерения его температуры при установке на чипе. Термометр использовался для демонстрации быстрых и точных измерений нагрева сверхпроводящего микроволнового усилителя.

Термометр позволяет исследователям измерять температуру широкого спектра компонентов в тестовых комплектах с очень небольшими затратами и без введения большого количества дополнительных электрических соединений. Это может принести пользу исследователям, работающим в области квантовых вычислений или использующих низкотемпературные датчики в самых разных областях.

Термометр состоит из сверхпроводящего ниобиевого резонатора, покрытого диоксидом кремния. Покрытие взаимодействует с резонатором, изменяя частоту его естественных колебаний. Ученые подозревают, что это связано с «туннелированием» атомов между двумя точками, квантово-механическим эффектом.

Термометр основан на новом применении принципа зависимости собственной частоты резонатора от температуры. Термометр сопоставляет изменения частоты, измеренные электроникой, с температурой. Напротив, обычные термометры для температур ниже Кельвина основаны на электрическом сопротивлении. Для них требуется проводка, проложенная к электронике, работающей при комнатной температуре, что усложняет работу и может вызвать нагрев и помехи.

Новый термометр измеряет температуру примерно за 5 миллисекунд — намного быстрее, чем большинство обычных резистивных термометров, примерно за одну десятую секунды. Термометры также легко изготовить всего за один технологический этап. Их можно производить серийно:более 1200 штук на кремниевой пластине диаметром 3 дюйма (приблизительно 75 мм).