Pakar Sensor NIST Menciptakan Termometer Mini Super Dingin

Para peneliti di National Institute of Standards and Technology (NIST) telah menemukan termometer superkonduktor mini dengan potensi aplikasi besar, seperti memantau suhu chip prosesor di komputer kuantum berbasis superkonduktor, yang harus tetap dingin agar berfungsi dengan baik.

Termometer mengukur suhu di bawah 1 kelvin (minus 272.15°C/minus 457.87°F), turun hingga 50 milikelvin (mK) dan berpotensi 5 mK. Ini lebih kecil, lebih cepat, dan lebih nyaman daripada termometer kriogenik konvensional untuk perangkat skala chip dan dapat diproduksi secara massal.

Teknologi ini merupakan spin-off dari sensor superkonduktor kustom NIST untuk kamera teleskop. Hanya berukuran 2,5 kali 1,15 milimeter, termometer baru ini dapat disematkan, atau ditempelkan pada, perangkat microwave kriogenik lain untuk mengukur suhunya saat dipasang pada sebuah chip. Para peneliti menggunakan termometer untuk mendemonstrasikan pengukuran yang cepat dan akurat dari pemanasan penguat gelombang mikro superkonduktor.

“Ini adalah ide menyenangkan yang dengan cepat berkembang menjadi sesuatu yang sangat membantu,” kata pemimpin kelompok Joel Ullom. “Termometer memungkinkan para peneliti untuk mengukur suhu berbagai komponen dalam paket pengujian mereka dengan biaya yang sangat rendah dan tanpa memasukkan sejumlah besar sambungan listrik tambahan. Ini berpotensi menguntungkan peneliti yang bekerja dalam komputasi kuantum atau menggunakan sensor suhu rendah di berbagai bidang.”

Termometer terdiri dari resonator niobium superkonduktor yang dilapisi dengan silikon dioksida. Lapisan berinteraksi dengan resonator untuk menggeser frekuensi getaran alami. Para ilmuwan menduga ini karena atom "terowongan" antara dua situs, efek mekanika kuantum.

Termometer NIST didasarkan pada aplikasi baru dari prinsip bahwa frekuensi alami resonator tergantung pada suhu. Termometer memetakan perubahan frekuensi ke suhu. Sebaliknya, termometer konvensional untuk suhu sub-Kelvin didasarkan pada hambatan listrik. Mereka membutuhkan kabel yang dirutekan ke elektronik suhu kamar, menambah kerumitan dan berpotensi menyebabkan pemanasan dan gangguan.

Termometer NIST mengukur suhu dalam waktu sekitar 5 milidetik, jauh lebih cepat daripada kebanyakan termometer resistif konvensional sekitar sepersepuluh detik. Termometer NIST juga mudah dibuat hanya dalam satu langkah proses. Mereka dapat diproduksi secara massal, dengan lebih dari 1200 pemasangan pada wafer silikon 3 inci (sekitar 75 milimeter).