دماسنج باریکی بر اساس تک پیوندگاه تونلی ساخته شده است که با یک طراحی فشرده و ساده می‌تواند دماهایی در محدوده میلی کلوین را ثبت کند.

این دماسنج جدید و میکرومتری که برای قرار گرفتن بر روی یک تراشه به اندازه کافی کوچک است، می‌تواند دماهای پایین در حد 7 میلی کلوین را اندازه بگیرد که ده برابر بهتر از طراحی‌های مشابه است. وسیله با پایش جریان تونل زنی بین یک فلز و یک ابررسانا کار می‌کند. با داشتن قابلیت اندازه‌گیری دماهای cryogenic، این دماسنج تراشه‌-سازگار می‌تواند برای کنترل دمایی کیوبیت‌ها در کامپیوترهای کوانتومی حالت جامد به کار گرفته شود.

یک پیوندگاه تونلی شامل دو رسانا (فلز یا ابررسانا) است که به وسیله یک سد عایق از هم جدا شده‌اند. آهنگی که الکترون‌ها از درون این سد تونل می‌زنند به دما بستگی دارد. در سال‌های اخیر دانشمندان ابزارهایی نظیر دماسنج سدیِ کولن ساخته‌اند که از پیوندگاه تونلی برای اندازه‌گیری دما استفاده می‌کند. اما ساختار این تونل اغلب پیچیده بوده و خواندن دما از روی آن نیازمند روش‌های پیشرفته است.

اکنون محققان دانشگاه آلتو در فنلاند و دانشگاه بِیسل در سوئیس دماسنج جدیدی را طراحی کرده‌اند که با یک چیدمان جمع و جور می‌تواند دماهای میلی کلوینی را اندازه بگیرد. گروه برای هسته‌ی این وسیله با لایه‌هایی از مس، اکسید آلومینیوم و آلومینیوم یک پیوندگاه تونلی به صورت فلز معمولی-عایق- ابررسانا (NIS) به ضخامت nm400 ساختند. آن‌ها جریان تونل زنی (I) را در ولتاژ‌های مختلف (V) اندازه گرفتند و سپس از شکل منحنی برای تخمین دمای لایه‌ی مس (که به عنوان هادی گرمایی در تماس با نمونه هم عمل می‌کند) استفاده کردند. حساسیت دمایی این وسیله از سیستم‌های قبلی بر مبنای NIS بهتر است زیرا طراحی جدید از تابش و نوفه‌های الکتریکی جلوگیری می‌کند و در عین حال شکل پهن تراشه‌‌ای موجب می‌شود گرمای اتلافی به طور موثری آزاد شود.

این تحقیق در Physical Review Applied به چاپ رسیده است.

منبع

On-chip Thermometer