Redacción

Unos investigadores del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) han inventado un termómetro en miniatura con grandes aplicaciones potenciales, como la supervisión de la temperatura de los chips de los procesadores en las computadoras cuánticas basadas en superconductores, que deben permanecer frías para funcionar correctamente.

El termómetro superconductor del NIST mide temperaturas por debajo de 1 Kelvin (menos 272,15 grados C), hasta 50 miliKelvin (mK) y potencialmente 5 mK. Es más pequeño, más rápido y más conveniente que los termómetros criogénicos convencionales para dispositivos a escala de chip y podría ser producido en masa. Los investigadores del NIST describen el diseño y el funcionamiento en un nuevo artículo de la revista Applied Physics Letters.

Con un tamaño de solo 2,5 por 1,15 milímetros, el nuevo termómetro puede ser incrustado o pegado a otro dispositivo de microondas criogénico para medir su temperatura cuando se monta en un chip. Los investigadores usaron el termómetro para demostrar mediciones rápidas y precisas del calentamiento de un amplificador de microondas superconductor.

La tecnología es una derivación de los sensores superconductores personalizados del NIST para cámaras de los telescopios, específicamente los detectores de microondas suministrados para el globo BLAST.

“Esta fue una idea divertida que rápidamente se convirtió en algo muy útil”, dijo el líder del grupo Joel Ullom. “El termómetro permite a los investigadores medir la temperatura de una amplia gama de componentes en periodo de pruebas a muy bajo costo y sin introducir un gran número de conexiones eléctricas adicionales. Esto tiene el potencial de beneficiar a los investigadores que trabajan en computación cuántica o que usan sensores de baja temperatura en un amplio rango de campos”.

Dos de los termómetros superconductores del NIST para medir temperaturas criogénicas están pegados en la parte inferior izquierda y superior derecha de este amplificador. (Foto: Wheeler/NIST)

El termómetro consiste en un resonador superconductor de niobio recubierto con dióxido de silicio. El revestimiento interactúa con el resonador para cambiar la frecuencia a la que vibra de forma natural. Los científicos sospechan que esto se debe a la “tunelización” de los átomos entre dos sitios, un efecto mecánico cuántico.

El termómetro de NIST se basa en una nueva aplicación del principio de que la frecuencia natural del resonador depende de la temperatura. El termómetro mapea los cambios de frecuencia, según lo medido por su electrónica, a una temperatura. Por el contrario, los termómetros convencionales para temperaturas sub-Kelvin se basan en la resistencia eléctrica. Requieren de un cableado dirigido a electrónica operando a temperatura ambiente, añadiendo complejidad y causando potencialmente calentamiento e interferencia.

El termómetro del NIST mide la temperatura en unos 5 milisegundos (milésimas de segundo), mucho más rápido que la mayoría de los termómetros resistivos convencionales, que operan en una décima de segundo. Los termómetros del NIST también son fáciles de fabricar en un solo paso del proceso. Pueden ser producidos en masa, con más de 1.200 en una oblea de silicio de 3 pulgadas (aproximadamente 75 milímetros).