I ricercatori del National Institute of Standards and Technology (NIST) hanno inventato un termometro in miniatura con grandi potenziali applicazioni come il monitoraggio della temperatura dei chip del processore nei computer quantistici basati su superconduttori, che deve rimanere freddo per funzionare correttamente.

Il termometro superconduttore del NIST misura temperature inferiori a 1 Kelvin (meno 272,15 °C o meno 457,87 °F), fino a 50 milliKelvin (mK) e potenzialmente 5 mK. è più piccolo, più veloce e più conveniente dei termometri criogenici convenzionali per dispositivi su scala di chip e potrebbe essere prodotto in serie. I ricercatori del NIST descrivono il design e il funzionamento in un nuovo articolo di giornale.

Solo 2,5 x 1,15 millimetri di dimensione, il nuovo termometro può essere incorporato o attaccato a un altro dispositivo a microonde criogenico per misurare la sua temperatura quando è montato su un chip. I ricercatori hanno usato il termometro per dimostrare velocemente, misurazioni accurate del riscaldamento di un amplificatore a microonde superconduttore.

La tecnologia è uno spin-off dei sensori superconduttori personalizzati del NIST per le fotocamere dei telescopi, in particolare i rivelatori a microonde forniti per il pallone BLAST.

"Questa è stata un'idea divertente che è diventata rapidamente qualcosa di molto utile, "Il capogruppo Joel Ullom ha detto. "Il termometro consente ai ricercatori di misurare la temperatura di un'ampia gamma di componenti nei loro pacchetti di test a un costo molto contenuto e senza introdurre un gran numero di connessioni elettriche aggiuntive. Questo ha il potenziale per avvantaggiare i ricercatori che lavorano nell'informatica quantistica o che utilizzano sensori a bassa temperatura in un'ampia gamma di campi".

Il termometro è costituito da un risonatore al niobio superconduttore rivestito con biossido di silicio. Il rivestimento interagisce con il risonatore per spostare la frequenza alla quale vibra naturalmente. Gli scienziati sospettano che ciò sia dovuto al "tunneling" di atomi tra due siti, un effetto quantomeccanico.

Il termometro NIST si basa su una nuova applicazione del principio che la frequenza naturale del risonatore dipende dalla temperatura. Il termometro mappa le variazioni di frequenza, come misurato dall'elettronica, ad una temperatura. Al contrario, i termometri convenzionali per temperature sub-Kelvin si basano sulla resistenza elettrica. Richiedono cablaggio instradato all'elettronica a temperatura ambiente, aggiungendo complessità e potenzialmente causando riscaldamento e interferenze.

Il termometro NIST misura la temperatura in circa 5 millisecondi (millesimi di secondo), molto più veloce della maggior parte dei termometri resistivi convenzionali a circa un decimo di secondo. I termometri NIST sono anche facili da fabbricare in una sola fase di processo. Possono essere prodotti in serie, con più di 1, 200 montaggio su un wafer di silicio da 3 pollici (circa 75 millimetri).