Pesquisadores do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST) inventaram um termômetro em miniatura com grande potencial de aplicações, como monitoramento da temperatura de chips processadores em computadores quânticos baseados em supercondutores, que deve permanecer frio para funcionar corretamente.

O termômetro supercondutor do NIST mede temperaturas abaixo de 1 Kelvin (menos 272,15 ° C ou menos 457,87 ° F), até 50 miliKelvin (mK) e potencialmente 5 mK. É menor, mais rápido e conveniente do que termômetros criogênicos convencionais para dispositivos em escala de chip e podem ser produzidos em massa. Os pesquisadores do NIST descrevem o design e a operação em um novo artigo de jornal.

Apenas 2,5 por 1,15 milímetros de tamanho, o novo termômetro pode ser embutido ou preso a outro dispositivo de micro-ondas criogênico para medir sua temperatura quando montado em um chip. Os pesquisadores usaram o termômetro para demonstrar rápido, medições precisas do aquecimento de um amplificador de micro-ondas supercondutor.

A tecnologia é um desdobramento dos sensores supercondutores personalizados do NIST para câmeras telescópicas, especificamente detectores de micro-ondas fornecidos para o balão BLAST.

"Foi uma ideia divertida que rapidamente se transformou em algo muito útil, "disse o líder do grupo Joel Ullom." O termômetro permite aos pesquisadores medir a temperatura de uma ampla gama de componentes em seus pacotes de teste a um custo muito baixo e sem a introdução de um grande número de conexões elétricas adicionais. Isso tem o potencial de beneficiar pesquisadores que trabalham em computação quântica ou usando sensores de baixa temperatura em uma ampla gama de campos. "

O termômetro consiste em um ressonador de nióbio supercondutor revestido com dióxido de silício. O revestimento interage com o ressonador para mudar a frequência na qual ele vibra naturalmente. Os cientistas suspeitam que isso se deve ao "tunelamento" dos átomos entre dois locais, um efeito de mecânica quântica.

O termômetro NIST é baseado em uma nova aplicação do princípio de que a frequência natural do ressonador depende da temperatura. O termômetro mapeia as mudanças na frequência, conforme medido pela eletrônica, a uma temperatura. Por contraste, termômetros convencionais para temperaturas abaixo de Kelvin são baseados na resistência elétrica. Eles exigem fiação roteada para eletrônicos em temperatura ambiente, adicionando complexidade e potencialmente causando aquecimento e interferência.

O termômetro NIST mede a temperatura em cerca de 5 milissegundos (milésimos de segundo), muito mais rápido do que a maioria dos termômetros resistivos convencionais em cerca de um décimo de segundo. Os termômetros NIST também são fáceis de fabricar em apenas uma única etapa do processo. Eles podem ser produzidos em massa, com mais de 1, 200 encaixe em um wafer de silício de 3 polegadas (aproximadamente 75 milímetros).