Forskare vid National Institute of Standards and Technology (NIST) har uppfunnit en miniatyrtermometer med stora potentiella applikationer som att övervaka temperaturen på processorchips i superledarbaserade kvantdatorer, som måste hålla sig kall för att fungera korrekt.

NIST:s supraledande termometer mäter temperaturer under 1 Kelvin (minus 272,15 ° C eller minus 457,87 ° F), ner till 50 milliKelvin (mK) och eventuellt 5 mK. Det är mindre, snabbare och bekvämare än konventionella kryogena termometrar för enheter i chipskala och kan massproduceras. NIST -forskare beskriver utformningen och driften i ett nytt tidningspapper.

Bara 2,5 x 1,15 millimeter i storlek, den nya termometern kan vara inbäddad i eller fastna på en annan kryogen mikrovågsugn för att mäta temperaturen när den är monterad på ett chip. Forskarna använde termometern för att demonstrera snabbt, noggranna mätningar av uppvärmningen av en supraledande mikrovågsförstärkare.

Tekniken är en spinoff av NIST:s anpassade supraledande sensorer för teleskopkameror, specifikt mikrovågsdetektorer levererade för BLAST -ballongen.

"Det här var en rolig idé som snabbt växte till något mycket hjälpsamt, "sade gruppledare Joel Ullom." Termometern tillåter forskare att mäta temperaturen på ett brett spektrum av komponenter i sina testpaket till mycket liten kostnad och utan att införa ett stort antal ytterligare elektriska anslutningar. Detta har potential att gynna forskare som arbetar med kvantdatorer eller använder lågtemperatursensorer inom ett stort antal områden. "

Termometern består av en supraledande niobiumresonator belagd med kiseldioxid. Beläggningen interagerar med resonatorn för att flytta frekvensen vid vilken den naturligt vibrerar. Forskare misstänker att detta beror på atomer som "tunnlar" mellan två platser, en kvantmekanisk effekt.

NIST -termometern bygger på en ny tillämpning av principen att resonatorns naturliga frekvens beror på temperaturen. Termometern kartlägger förändringar i frekvens, mätt med elektronik, till en temperatur. Däremot, konventionella termometrar för temperaturer under Kelvin är baserade på elektrisk motstånd. De kräver kabeldragning till rumstemperaturelektronik, tillför komplexitet och kan orsaka uppvärmning och störningar.

NIST -termometern mäter temperaturen på cirka 5 millisekunder (tusendelar av en sekund), mycket snabbare än de flesta konventionella resistiva termometrar på ungefär en tiondel av en sekund. NIST -termometrarna är också lätta att tillverka i bara ett enda processsteg. De kan massproduceras, med mer än 1, 200 passande på en 3-tums (cirka 75 millimeter) kiselskiva.