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Jul 16, 2023

Il NIST dimostra un nuovo 'standard primario' per

La produzione di chip, i rilevatori di onde gravitazionali e i computer quantistici potrebbero trarre vantaggio da modi migliori per misurare il vuoto. Immagine del National Institute of Standards and Technology (NIST): da verificare

La produzione di chip, i rilevatori di onde gravitazionali e i computer quantistici potrebbero trarre vantaggio da modi migliori per misurare il vuoto.

Istituto nazionale di standard e tecnologia (NIST)

immagine: Per verificare l'accuratezza del loro nuovo approccio per la misurazione di pressioni di vuoto ultra-basse, i ricercatori del NIST hanno costruito una versione ad alte prestazioni di una tradizionale configurazione di metrologia della pressione, nota come sistema di espansione dinamica. In questo sistema, hanno iniettato gas ad una portata di circa 10-100 miliardi di molecole al secondo nella camera superiore. Il gas si sposta dalla camera superiore a quella inferiore, che viene evacuata da una grande pompa, ad una velocità nota attraverso un orifizio dimensionato con precisione. Una serie di manometri misurava il rapporto di pressione tra le camere superiore e inferiore per correggere le imperfezioni. Utilizzando la portata del gas all'interno e la velocità con cui il gas si muove tra le due camere, i ricercatori hanno calcolato la pressione nella camera superiore, che il CAVS misura in modo indipendente. I ricercatori hanno trovato un accordo tra questo valore di pressione noto e le letture dei sensori CAVS, convalidando così il loro nuovo metodo.vedere di più

Credito: NIST

Una camera a vuoto non è mai perfettamente vuota. Rimane sempre un piccolo numero di atomi o molecole e misurare le minuscole pressioni che esercitano è fondamentale. Ad esempio, i produttori di semiconduttori creano microchip in camere a vuoto che devono essere quasi completamente prive di contaminanti atomici e molecolari, e quindi devono monitorare la pressione del gas nella camera per garantire che i livelli di contaminanti siano accettabilmente bassi.

Ora, gli scienziati del National Institute of Standards and Technology (NIST) hanno convalidato un nuovo approccio per misurare pressioni di gas estremamente basse chiamato CAVS, per lo standard del vuoto atomico freddo. Hanno stabilito che la loro tecnica può fungere da “standard primario” – in altre parole, può effettuare misurazioni intrinsecamente accurate senza dover prima essere calibrata per fare riferimento alle letture della pressione.

Avendo sviluppato CAVS negli ultimi sette anni, i ricercatori del NIST hanno recentemente sottoposto la loro tecnica ai test più rigorosi fino ad oggi. Il loro nuovo studio, pubblicato sulla rivista AVS Quantum Science, mostra che i risultati CAVS concordano con il tradizionale metodo “gold standard” per misurare le basse pressioni, dimostrando che questa nuova tecnica può effettuare misurazioni con lo stesso grado di precisione e affidabilità.

CAVS non solo può effettuare misurazioni efficaci quanto quelle dei manometri tradizionali, ma può anche misurare in modo affidabile pressioni di vuoto molto più basse (un trilionesimo della pressione atmosferica a livello del mare terrestre e inferiore) che saranno necessarie per la futura produzione di chip e per i prossimi anni. scienza di ultima generazione. E il suo funzionamento, basato su principi di fisica quantistica ben compresi, significa che può effettuare letture accurate “subito fuori dalla scatola”, senza richiedere alcuna regolazione o calibrazione su altre fonti o tecniche di pressione di riferimento.

“Questo è il risultato finale”, ha detto la fisica del NIST Julia Scherschligt. “Abbiamo avuto numerosi sviluppi positivi in ​​passato. Ma questo conferma il fatto che il nostro standard dell’atomo freddo è veramente uno standard”.

Oltre alla produzione di semiconduttori, il nuovo metodo può essere utile per altre applicazioni che richiedono ambienti ad alto vuoto, come computer quantistici, rilevatori di onde gravitazionali, acceleratori di particelle e molto altro.

La tecnologia CAVS misura le pressioni del vuoto utilizzando un gas freddo composto da circa centomila atomi di litio o rubidio intrappolati in un campo magnetico. Questi atomi emettono fluorescenza quando illuminati da un laser sintonizzato sulla giusta frequenza. I ricercatori possono contare con precisione il numero di atomi intrappolati misurando l’intensità di questo bagliore.

Quando il sensore CAVS è collegato a una camera a vuoto, gli atomi o le molecole rimanenti nella camera entrano in collisione con gli atomi intrappolati. Ogni collisione fa uscire un atomo dalla trappola, riducendo il numero di atomi e l'intensità della luce emessa. Tale intensità, facilmente misurabile dai sensori di luce, funge da misura sensibile della pressione. Questa relazione tra la velocità di oscuramento e il numero di molecole è prevista esattamente dalla meccanica quantistica.