Les experts en capteurs du NIST inventent un mini-thermomètre super froid

Des chercheurs du National Institute of Standards and Technology (NIST) ont inventé un thermomètre supraconducteur miniature avec de grandes applications potentielles, telles que la surveillance de la température des puces de processeur dans les ordinateurs quantiques supraconducteurs, qui doivent rester froids pour fonctionner correctement.

Le thermomètre mesure des températures inférieures à 1 kelvin (moins 272,15°C/moins 457,87°F), jusqu'à 50 millikelvin (mK) et potentiellement 5 mK. Il est plus petit, plus rapide et plus pratique que les thermomètres cryogéniques conventionnels pour les dispositifs à puce et pourrait être produit en série.

La technologie est une retombée des capteurs supraconducteurs personnalisés du NIST pour les caméras de télescope. Mesurant seulement 2,5 sur 1,15 millimètres, le nouveau thermomètre peut être intégré ou collé à un autre appareil à micro-ondes cryogénique pour mesurer sa température lorsqu'il est monté sur une puce. Les chercheurs ont utilisé le thermomètre pour démontrer des mesures rapides et précises de l'échauffement d'un amplificateur hyperfréquence supraconducteur.

"C'était une idée amusante qui s'est rapidement transformée en quelque chose de très utile", a déclaré le chef de groupe Joel Ullom. « Le thermomètre permet aux chercheurs de mesurer la température d'une large gamme de composants dans leurs boîtiers de test à très peu de frais et sans introduire un grand nombre de connexions électriques supplémentaires. Cela pourrait profiter aux chercheurs travaillant dans le domaine de l'informatique quantique ou utilisant des capteurs à basse température dans un large éventail de domaines."

Le thermomètre est constitué d'un résonateur supraconducteur en niobium recouvert de dioxyde de silicium. Le revêtement interagit avec le résonateur pour décaler la fréquence à laquelle il vibre naturellement. Les scientifiques soupçonnent que cela est dû au "tunnel" d'atomes entre deux sites, un effet de la mécanique quantique.

Le thermomètre NIST est basé sur une nouvelle application du principe selon lequel la fréquence propre du résonateur dépend de la température. Le thermomètre cartographie les changements de fréquence à une température. En revanche, les thermomètres conventionnels pour les températures inférieures à Kelvin sont basés sur la résistance électrique. Ils nécessitent un câblage acheminé vers l'électronique à température ambiante, ce qui ajoute de la complexité et peut provoquer un échauffement et des interférences.

Le thermomètre NIST mesure la température en environ 5 millisecondes, beaucoup plus rapidement que la plupart des thermomètres résistifs conventionnels à environ un dixième de seconde. Les thermomètres NIST sont également faciles à fabriquer en une seule étape de processus. Ils peuvent être produits en masse, avec plus de 1 200 raccords sur une plaquette de silicium de 3 pouces (environ 75 millimètres).