NIST 센서 전문가, 초저온 미니 온도계 발명

NIST(National Institute of Standards and Technology)의 연구원들이 초전도체 기반 양자 컴퓨터에서 프로세서 칩의 온도를 모니터링하는 것과 같이 제대로 작동하려면 저온 상태를 유지해야 하는 것과 같이 잠재적으로 큰 응용 분야를 가진 소형 초전도 온도계를 발명했습니다.

온도계는 1 켈빈(마이너스 272.15°C/마이너스 457.87°F), 50밀리켈빈(mK) 및 잠재적으로 5mK의 온도를 측정합니다. 기존의 칩 스케일 장치용 극저온 온도계보다 작고 빠르며 편리하며 대량 생산이 가능합니다.

이 기술은 NIST의 망원경 카메라용 맞춤형 초전도 센서의 파생물입니다. 크기가 2.5mm x 1.15mm에 불과한 이 새로운 온도계는 다른 극저온 마이크로파 장치에 내장되거나 칩에 장착될 때 온도를 측정하기 위해 부착될 수 있습니다. 연구원들은 초전도 마이크로파 증폭기의 가열을 빠르고 정확하게 측정하기 위해 온도계를 사용했습니다.

그룹 리더인 Joel Ullom은 "이것은 매우 유용한 것으로 빠르게 성장한 재미있는 아이디어였습니다."라고 말했습니다. “온도계를 사용하면 연구원들이 많은 수의 추가 전기 연결을 도입하지 않고도 매우 적은 비용으로 테스트 패키지에 있는 광범위한 구성 요소의 온도를 측정할 수 있습니다. 이것은 양자 컴퓨팅에서 작업하거나 광범위한 분야에서 저온 센서를 사용하는 연구원에게 도움이 될 가능성이 있습니다.”

온도계는 이산화규소로 코팅된 초전도 니오븀 공진기로 구성됩니다. 코팅은 공진기와 상호 작용하여 자연적으로 진동하는 주파수를 이동시킵니다. 과학자들은 이것이 양자역학적 효과인 두 사이트 사이의 원자 "터널링" 때문이라고 생각합니다.

NIST 온도계는 공진기의 고유 주파수가 온도에 의존한다는 원리를 새롭게 적용한 것입니다. 온도계는 주파수 변화를 온도에 매핑합니다. 대조적으로, 켈빈 이하 온도에 대한 기존의 온도계는 전기 저항을 기반으로 합니다. 상온 전자 장치에 배선해야 하므로 복잡성이 추가되고 잠재적으로 가열 및 간섭이 발생할 수 있습니다.

NIST 온도계는 약 10분의 1초로 대부분의 기존 저항 온도계보다 훨씬 빠른 약 5밀리초 만에 온도를 측정합니다. NIST 온도계는 또한 단일 공정 단계로 쉽게 제작할 수 있습니다. 3인치(약 75밀리미터) 실리콘 웨이퍼에 1200개 이상의 피팅으로 대량 생산이 가능합니다.