NISTセンサーの専門家が超低温ミニ温度計を発明
米国国立標準技術研究所（NIST）の研究者は、超電導体ベースの量子コンピューターのプロセッサーチップの温度を監視するなど、適切に動作するために低温を維持する必要がある、大きな潜在的用途を備えた小型超電導温度計を発明しました。
温度計は、1ケルビン（マイナス272.15°C /マイナス457.87°F）未満、50ミリケルビン（mK）、場合によっては5mKまでの温度を測定します。チップスケールデバイス用の従来の極低温温度計よりも小型、高速、便利であり、大量生産が可能です。
この技術は、望遠鏡カメラ用のNISTのカスタム超電導センサーのスピンオフです。サイズがわずか2.5x1.15ミリメートルの新しい温度計は、別の極低温マイクロ波デバイスに埋め込んだり、貼り付けたりして、チップに取り付けたときの温度を測定できます。研究者たちは、温度計を使用して、超電導マイクロ波増幅器の加熱の高速で正確な測定を実証しました。
「これは楽しいアイデアで、すぐに非常に役立つものになりました」とグループリーダーのジョエル・ウロムは言いました。 「温度計を使用すると、研究者は、テストパッケージ内のさまざまなコンポーネントの温度を、非常に少ないコストで、多数の追加の電気接続を導入することなく測定できます。これは、量子コンピューティングで働いている研究者や、幅広い分野で低温センサーを使用している研究者に利益をもたらす可能性があります。」
温度計は、二酸化ケイ素でコーティングされた超伝導ニオブ共振器で構成されています。コーティングは共振器と相互作用して、共振器が自然に振動する周波数をシフトします。科学者たちは、これは2つのサイト間の原子の「トンネリング」、つまり量子力学的効果によるものだと考えています。
NIST温度計は、共振器の固有振動数が温度に依存するという原理の新しいアプリケーションに基づいています。温度計は、周波数の変化を温度にマッピングします。対照的に、ケルビン以下の温度用の従来の温度計は、電気抵抗に基づいています。室温の電子機器に配線する必要があり、複雑さが増し、加熱や干渉を引き起こす可能性があります。
NIST温度計は、約5ミリ秒で温度を測定します。これは、従来のほとんどの抵抗性温度計よりも約10分の1秒の速度です。 NIST温度計は、単一のプロセスステップで簡単に製造することもできます。これらは大量生産が可能で、3インチ（約75ミリメートル）のシリコンウェーハに1200以上のフィッティングがあります。
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