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 не проводящим 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.

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

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 кконтакту электрического напряжения. По форме полученной кривой ученые определяли температуру слоя меди.

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

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, чему устройств со схожим строением. Разработанный термометр может использоваться в квантовых компьютерах для мониторинга их состояния.

Для измерения сверхнизких температур ученым приходитсяиспользовать 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.