Группа исследователей из Технического исследовательского центра VTT, Финляндия, Ланкастерского университета и компании Aivon Ltd продемонстрировала возможность измерения температуры электронов, циркулирующих в недрах наноэлектронного устройства, охлажденного до температуры в несколько тысячных долей градуса выше температуры абсолютного нуля. Это устройство, представляющее собой электронную схему на кремниевом чипе, можно по праву считать самым низкотемпературным электронным термометром на сегодняшний день.
Технологии охлаждения чистых металлов до температур ниже 1 милликельвина известны и используются достаточно давно. Однако, измерение таких температур является достаточно трудным делом из-за сложностей передачи этой температуры электронам, двигающимся внутри электронных устройств. При таких температурах электроны очень слабо взаимодействуют с кристаллической решеткой материала, приобретая во время таких взаимодействий энергию, соответствующую температуре окружающей среды.
Комбинируя самые современные методы нано-, микропроизводства, инновационные измерительные технологии и некоторые физические уловки, исследователи добились надежного измерения температуры электронов внутри электронно-туннельного устройства, охлажденного до 3.7 милликельвина. Это достижение открывает путь к разработке новых электронных низкотемпературных схем и схем, которые могут стать основой будущих квантовых компьютеров, датчиков, которым требуется снижение уровня тепловых помех для подавления явления квантовой декогеренции.
Продемонстрированное исследователями наноэлектронное устройство является так называемым абсолютным термометром, термометром, который не требует его калибровки и подстройки. Это, в свою очередь, делает такой термометр весьма ценным инструментом для науки, для метрологии и для практического применения в промышленности. А создание нового устройства стало возможным благодаря сотрудничеству ученых, специализирующихся в самых различных областях, в области нанотехнологий и высокоэффективных датчиков (Центр VTT), малошумящей электроники (компания Aivon Ltd), низкотемпературного охлаждения и измерений (Ланкастерский университет).
«Нам наконец удалось преодолеть барьер в 4 милликельвина, который являлся самой низкой температурой, измеренной электронным датчиком, на протяжении 15 лет» — рассказывает Доктор Рич Хейли (Dr Rich Haley), глава отдела Физики граничных низких температур (Ultra Low Temperature Physics) Ланкастерского университета, — «Теперь мы дали людям в руки инструмент, при помощи которого можно измерять температуру внутри квантовых машин и других систем, работающих при температуре, близкой к абсолютному нулю».
В настоящее время представители Центра VTT, совместно с компанией BlueFors Cryogenics работают над созданием низкотемпературного термометра, основанного на разработанных ими принципах, который будет подходить для условий серийного и мелкосерийного производства.
