Микротермометр измерит температуры вблизи абсолютного нуля

Микрофотография туннельного контакта в термометре

Изображение: A. V. Feshchenko et al. / Physical Review Applied, 2015

Физики из Университетов Аалто, Копенгагена и Базеля разработали миниатюрный термометр, способный измерять температуры вплоть до 7 милликельвинов. Его размеры не превышают нескольких микрометров, что позволяет уместить термометр даже на компьютерный чип. Работа опубликована в журнале Physical Review Applied, кратко о ней сообщает журнал Physics.

Устройство представляет собой микрочип, на котором находится обычный металл (медь) и сверхпроводник (алюминий), разделенные непроводящим материалом (оксид алюминия). Ширина рабочей части устройства составляет 400 нанометров. Медь в устройстве выполняет функцию ртути в обычных термометрах — она контактирует с внешней средой, например, образцом, и именно ее температура измеряется в эксперименте.

При низких температурах через слой оксида алюминия может протекать туннельный ток — несмотря на то, что оксид алюминия не проводит электричество, электроны способны туннелировать сквозь него за счет квантовых эффектов. Авторы измеряли значение этого тока в зависимости от приложенного к контакту электрического напряжения. По форме полученной кривой ученые определяли температуру слоя меди.

Физикам удалось показать работоспособность прибора вплоть до 7 милликельвинов, однако теоретически устройство может измерять температуры около 1 милликельвина. По словам авторов, их результат в десятки раз лучше, чем у устройств со схожим строением. Разработанный термометр может использоваться в квантовых компьютерах для мониторинга их состояния.

Для измерения сверхнизких температур ученым приходится использовать приборы, не похожие на классические термометры. Для точных измерений могут применяться термопары, однако более точными приборами являются термометры на кулоновской блокаде. Однако, главной их проблемой является сложность внутреннего устройства.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.