초저온 미니어처 온도계: 칩 위에 50mK 정밀도 구현

연구자들은 1켈빈(-272.15°C 또는 -457.87°F) 아래, 50밀리켈빈(mK)까지, 잠재적으로 5mK까지 온도를 측정하는 초전도 미니어처 온도계를 개발했습니다. 이는 칩 스케일 장치에 기존 극저온 온도계보다 더 작고, 빠르고, 편리하며 대량 생산이 가능합니다.

크기 2.5×1.15밀리미터인 이 온도계는 다른 극저온 마이크로파 장치에 내장되거나 부착되어 칩에 장착될 때 온도를 측정할 수 있습니다. 이 온도계는 초전도 마이크로파 증폭기의 가열을 빠르고 정확하게 측정하는 데 사용되었습니다.

이 온도계는 연구자들이 테스트 패키지의 광범위한 구성요소 온도를 매우 적은 비용으로, 많은 추가 전기 연결을 도입하지 않고 측정할 수 있게 합니다. 이는 양자 컴퓨팅 연구자나 다양한 분야에서 저온 센서를 사용하는 연구자들에게 혜택을 줄 잠재력이 있습니다.

온도계는 실리콘 이산화물로 코팅된 초전도 니오븀 공진기로 구성됩니다. 코팅은 공진기가 자연적으로 진동하는 주파수를 이동시키기 위해 공진기와 상호작용합니다. 과학자들은 이것이 원자들이 두 사이트 사이를 '터널링'하는 양자역학적 효과 때문이라고 의심합니다.

온도계는 공진기의 자연 주파수가 온도에 의존한다는 원리의 새로운 적용에 기반합니다. 온도계는 전자회로로 측정된 주파수 변화를 온도에 매핑합니다. 반면 1켈빈 미만 온도용 기존 온도계는 전기 저항에 기반합니다. 실온 전자회로로 라우팅되는 배선이 필요하여 복잡성을 더하고 잠재적으로 가열과 간섭을 유발합니다.

새로운 온도계는 약 5밀리초 만에 온도를 측정합니다. 약 0.1초인 대부분의 기존 저항 온도계보다 훨씬 빠릅니다. 온도계는 단일 공정 단계만으로 쉽게 제작할 수 있습니다. 3인치(약 75밀리미터) 실리콘 웨이퍼에 1,200개 이상을 대량 생산할 수 있습니다.