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Jul 16, 2023

NIST が新しい「主要標準」を実証

チップ製造、重力波検出器、量子コンピューターはすべて、真空を測定するより良い方法から恩恵を受ける可能性があります。 米国国立標準技術研究所 (NIST) の画像: 検証用

チップ製造、重力波検出器、量子コンピューターはすべて、真空を測定するより良い方法から恩恵を受ける可能性があります。

米国国立標準技術研究所 (NIST)

画像: 超低真空圧を測定するための新しいアプローチの精度を検証するために、NIST の研究者は、動的拡張システムとして知られる従来の圧力計測セットアップの高性能バージョンを構築しました。 このシステムでは、毎秒およそ 100 ～ 1000 億分子の流量でガスを上部チャンバーに注入しました。 ガスは上部チャンバーから下部チャンバーに移動し、大型ポンプによって正確な寸法のオリフィスを通って既知の速度で排気されます。 欠陥を修正するために、一連のゲージで上部チャンバーと下部チャンバー間の圧力比を測定しました。 研究者らは、2 つのチャンバー内のガスの流量とガスが 2 つのチャンバー間から移動する速度を使用して、CAVS が独自に測定する上部チャンバー内の圧力を計算しました。 研究者らは、この既知の圧力値と CAVS センサーからの読み取り値が一致していることを発見し、それによって新しい方法を検証しました。もっと見る

クレジット: NIST

真空チャンバーは完全に空になることはありません。 少数の原子または分子が常に残り、それらが及ぼす微小な圧力を測定することが重要です。 たとえば、半導体メーカーは真空チャンバー内でマイクロチップを作成しますが、原子や分子の汚染物質がほぼ完全に存在しない必要があるため、汚染物質のレベルが許容範囲内に低いことを確認するためにチャンバー内のガス圧力を監視する必要があります。

今回、国立標準技術研究所 (NIST) の科学者たちは、冷原子真空標準用の CAVS と呼ばれる極度に低いガス圧力を測定するための新しいアプローチを検証しました。 彼らは、自分たちの技術が「一次標準」として機能できることを確立しました。つまり、基準圧力測定値に合わせて最初に校正する必要がなく、本質的に正確な測定を行うことができます。

過去 7 年間にわたって CAVS を開発してきた NIST の研究者は、最近その技術をこれまでで最も厳格なテストに通過させました。 AVS Quantum Science 誌に掲載された彼らの新しい研究は、CAVS の結果が低圧を測定するための従来の「ゴールドスタンダード」方法と一致し、この新しい技術が同程度の精度と信頼性で測定できることを示しています。

CAVS は、従来の圧力計と同等の測定を行うことができるだけでなく、将来のチップ製造や次の工程で必要とされる、はるかに低い真空圧力 (地球の海面大気圧の 1 兆分の 1 以下) を確実に測定することもできます。 -世代科学。 また、その動作は、十分に理解されている量子物理学の原理に基づいており、他の基準圧力源や技術に対する調整や校正を必要とせずに、「箱から出してすぐに」正確な読み取りができることを意味します。

「これは最高の結果だ」とNISTの物理学者ジュリア・シェルシ​​ュリグト氏は語った。 「私たちはこれまでに数多くの前向きな発展を遂げてきました。 しかし、これは私たちの冷たい原子標準が真の標準であるという事実を証明しています。」

半導体製造に加えて、この新しい方法は、量子コンピューター、重力波検出器、粒子加速器など、高真空環境を必要とする他の用途にも役立ちます。

CAVS テクノロジーは、磁場内に閉じ込められた約 10 万個のリチウムまたはルビジウム原子からなる冷たいガスを使用して真空圧力を測定します。 これらの原子は、適切な周波数に調整されたレーザーで照射されると蛍光を発します。 研究者は、この輝きの強度を測定することで、捕捉された原子の数を正確に数えることができます。

CAVS センサーが真空チャンバーに接続されると、チャンバー内に残った原子または分子がトラップされた原子と衝突します。 衝突のたびに原子がトラップから叩き出され、原子の数と放出される光の強度が減少します。 その強度は光センサーで簡単に測定でき、圧力を正確に測定するのに役立ちます。 調光率と分子数の間のこの関係は、量子力学によって正確に予測されます。