Investigadores del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) han inventado un termómetro en miniatura con grandes aplicaciones potenciales, como monitorear la temperatura de los chips del procesador en computadoras cuánticas basadas en superconductores, que debe permanecer frío para funcionar correctamente.

El termómetro superconductor del NIST mide temperaturas por debajo de 1 Kelvin (menos 272.15 ° C o menos 457.87 ° F), hasta 50 miliKelvin (mK) y potencialmente 5 mK. Es mas pequeño más rápido y más conveniente que los termómetros criogénicos convencionales para dispositivos a escala de chip y podría producirse en masa. Los investigadores del NIST describen el diseño y el funcionamiento en un nuevo artículo de revista.

Solo 2,5 por 1,15 milímetros de tamaño, El nuevo termómetro se puede incrustar o pegar en otro dispositivo de microondas criogénico para medir su temperatura cuando se monta en un chip. Los investigadores usaron el termómetro para demostrar rápidamente, mediciones precisas del calentamiento de un amplificador de microondas superconductor.

La tecnología es un derivado de los sensores superconductores personalizados de NIST para cámaras telescópicas, específicamente detectores de microondas entregados para el globo BLAST.

"Esta fue una idea divertida que rápidamente se convirtió en algo muy útil, ", dijo el líder del grupo Joel Ullom." El termómetro permite a los investigadores medir la temperatura de una amplia gama de componentes en sus paquetes de prueba a un costo muy bajo y sin introducir una gran cantidad de conexiones eléctricas adicionales. Esto tiene el potencial de beneficiar a los investigadores que trabajan en computación cuántica o que utilizan sensores de baja temperatura en una amplia gama de campos ".

El termómetro consta de un resonador de niobio superconductor recubierto con dióxido de silicio. El revestimiento interactúa con el resonador para cambiar la frecuencia a la que vibra naturalmente. Los científicos sospechan que esto se debe al "túnel" de los átomos entre dos sitios, un efecto mecánico-cuántico.

El termómetro NIST se basa en una nueva aplicación del principio de que la frecuencia natural del resonador depende de la temperatura. El termómetro mapea los cambios de frecuencia, medido por la electrónica, a una temperatura. Por el contrario, Los termómetros convencionales para temperaturas sub-Kelvin se basan en la resistencia eléctrica. Requieren cableado enrutado a la electrónica de temperatura ambiente, agregando complejidad y potencialmente causando calentamiento e interferencia.

El termómetro NIST mide la temperatura en aproximadamente 5 milisegundos (milésimas de segundo), mucho más rápido que la mayoría de los termómetros resistivos convencionales a aproximadamente una décima de segundo. Los termómetros NIST también son fáciles de fabricar en un solo paso del proceso. Pueden producirse en masa, con más de 1, 200 en una oblea de silicio de 3 pulgadas (aproximadamente 75 milímetros).