La primera medición de la temperatura de los electrones en un dispositivo nanoelectrónico, unas milésimas de grado por encima del cero absoluto, se demostró en un proyecto de investigación conjunto realizado por el Centro de Investigación Técnica VTT de Finlandia Ltd. Universidad de Lancaster, y Aivon Ltd. El equipo logró hacer que los electrones en un circuito en un chip de silicio fueran más fríos de lo que se había logrado anteriormente.

Aunque durante mucho tiempo ha sido posible enfriar muestras de metales a granel incluso por debajo de 1 milikelvin, ha resultado muy difícil transferir esta temperatura a electrones en pequeños dispositivos electrónicos, principalmente porque la interacción entre los electrones conductores y la red cristalina se vuelve extremadamente débil a bajas temperaturas. Al combinar micro y nanofabricación de última generación y enfoques de medición pioneros, el equipo de investigación se dio cuenta de que las temperaturas de los electrones ultrabajos alcanzaban los 3,7 milikelvin en un dispositivo nanoelectrónico de efecto túnel de electrones. Se publicó un artículo científico sobre el tema en Comunicaciones de la naturaleza el 27 de enero, 2016.

Este avance allana el camino hacia circuitos nanoelectrónicos submilikelvin y es otro paso en el camino hacia el desarrollo de nuevas tecnologías cuánticas, incluidas las computadoras y sensores cuánticos. Las tecnologías cuánticas utilizan efectos de la mecánica cuántica para superar a cualquier tecnología posible basada únicamente en la física clásica. En general, muchos sensores de campo magnético de alta sensibilidad y detectores de radiación requieren temperaturas bajas simplemente para reducir el ruido térmico perjudicial.

Este trabajo marca la creación de una tecnología habilitadora clave que facilitará la I + D en nanociencia, física del estado sólido, ciencia de materiales y tecnologías cuánticas. El dispositivo nanoelectrónico demostrado es un llamado termómetro primario, es decir., un termómetro que no requiere calibración. Esto hace que la tecnología sea muy atractiva para aplicaciones de instrumentación de baja temperatura y metrología.

El avance fue posible al reunir a grupos y expertos líderes a nivel internacional, cada uno de los cuales tiene su propio historial de logros en los campos de las nanotecnologías y los sensores de alto rendimiento (VTT Technical Research Center of Finland Ltd), electrónica personalizada de bajo ruido (Aivon Ltd, Finlandia) y refrigeración a temperatura ultrabaja y caracterización de dispositivos (grupo de física de temperatura ultrabaja y Centro de tecnología cuántica en Lancaster).

VTT está estudiando posibilidades junto con BlueFors Cryogenics para comercializar el componente del termómetro primario.

Dr. Mika Prunnila, Líder del equipo de investigación de nanoelectrónica en VTT, dijo:"La creación de una nueva herramienta de medición para termometría sin calibración es un gran paso adelante. Este es un dispositivo importante para las máquinas cuánticas que necesitan el entorno de baja temperatura para funcionar y el dispositivo está disponible ahora mismo para comparar diferentes sistemas".

Dr. Rich Haley, Jefe de física de temperaturas ultrabajas en Lancaster, dijo:"Este es un logro notable ya que el equipo finalmente ha superado la barrera de los 4 milikelvin, que ha sido el récord en este tipo de estructuras durante más de 15 años ".

El Dr. Jon Prance, del Centro de Tecnología Cuántica de Lancaster, dijo:"No solo hemos medido la temperatura nanoelectrónica más fría de la historia, pero también hemos demostrado técnicas que abren la puerta a temperaturas aún más bajas ".