Крошечный сверхпроводящий термометр отслеживает ультрахолодные температуры

Некоторые современные электронные устройства, такие как сверхпроводники и квантовые компьютеры, в настоящее время могут функционировать только при чрезвычайно низких температурах. Теперь инженеры из Национального института стандартов и технологий (NIST) разработали крошечный криогенный термометр, который может следить за этими чувствительными приборами, не занимая много места.

Большая часть электроники может справиться с небольшими изменениями температуры, но для тех, которые требуют криогенных температур, чтобы функционировать, доли градуса может быть достаточно, чтобы вывести их из строя. Контроль температуры имеет решающее значение, но термометры, которые достаточно чувствительны, могут быть громоздкими, вторгаясь в само устройство.

Новый термометр имеет размер всего 2,5 на 1,15 мм и стоит недорого, что делает его идеальным для аккуратного встраивания или прикрепления к чипам и другой электронике.

Термометр может измерять температуру до 50 милликельвинов (-273,1 °C), что всего на волосок выше абсолютного нуля, самой холодной возможной температуры.

Устройство работает, подключаясь к совершенно другому физическому механизму, чем другие субкельвиновские термометры, которые обычно измеряют изменения электрического сопротивления.

Новый термометр состоит из сверхпроводящего ниобиевого резонатора, покрытого диоксидом кремния. Частота, на которой резонатор естественно вибрирует, как известно, изменяется с температурой, поэтому термометр может измерить эти изменения и определить температуру.

Команда исследователей говорит, что новый термометр не требует дополнительных электронных компонентов, сохраняя его маленьким и легким для интеграции в системы, которые он контролирует. Кроме того, он может производить свои измерения всего за пять миллисекунд, в сотни раз быстрее, чем резистивные термометры.

“Термометр позволяет исследователям измерять температуру широкого спектра компонентов в их тестовых пакетах с очень небольшими затратами и без введения большого количества дополнительных электрических соединений”, — говорит Джоэл Уллом, руководитель исследования.

“Это может принести пользу ученым, работающим в области квантовых вычислений или использующим низкотемпературные датчики в широком диапазоне областей.”

Результаты исследования были опубликованы в журнале Applied Physics Letters.