Termômetro Miniatura Ultra-frio: Precisão de 50 mK em um Chip

Pesquisadores desenvolveram um termômetro supercondutor miniatura que mede temperaturas abaixo de 1 kelvin (-272,15 °C ou -457,87 °F), até 50 milikelvin (mK) e potencialmente 5 mK. Ele é menor, mais rápido e mais conveniente que termômetros criogênicos convencionais para dispositivos em escala de chip e pode ser produzido em massa.

Medindo 2,5 × 1,15 milímetros de tamanho, o termômetro pode ser embutido ou colado a outro dispositivo de micro-ondas criogênico para medir sua temperatura quando montado em um chip. O termômetro foi usado para demonstrar medições rápidas e precisas do aquecimento de um amplificador de micro-ondas supercondutor.

O termômetro permite que pesquisadores meçam a temperatura de uma ampla gama de componentes em pacotes de teste a custo muito baixo e sem introduzir um grande número de conexões elétricas adicionais. Isso tem potencial para beneficiar pesquisadores trabalhando em computação quântica ou usando sensores de baixa temperatura em uma ampla gama de campos.

O termômetro consiste em um ressonador supercondutor de nióbio revestido com dióxido de silício. O revestimento interage com o ressonador para deslocar a frequência na qual ele vibra naturalmente. Cientistas suspeitam que isso se deve a átomos "tunelando" entre dois sítios, um efeito quântico-mecânico.

O termômetro é baseado em uma nova aplicação do princípio de que a frequência natural do ressonador depende da temperatura. O termômetro mapeia mudanças na frequência, medida por eletrônica, para uma temperatura. Em contraste, termômetros convencionais para temperaturas sub-Kelvin são baseados em resistência elétrica. Eles requerem fiação roteada para eletrônica em temperatura ambiente, adicionando complexidade e potencialmente causando aquecimento e interferência.

O novo termômetro mede temperatura em cerca de 5 milissegundos — muito mais rápido que a maioria dos termômetros resistivos convencionais em cerca de um décimo de segundo. Os termômetros também são fáceis de fabricar em apenas uma única etapa de processo. Eles podem ser produzidos em massa, com mais de 1.200 cabendo em um wafer de silício de 3" (aproximadamente 75 milímetros).