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Jul 16, 2023

Le NIST présente une nouvelle « norme primaire » pour

La fabrication de puces, les détecteurs d’ondes gravitationnelles et les ordinateurs quantiques pourraient tous bénéficier de meilleures méthodes de mesure du vide. Image du National Institute of Standards and Technology (NIST) : à vérifier

La fabrication de puces, les détecteurs d’ondes gravitationnelles et les ordinateurs quantiques pourraient tous bénéficier de meilleures méthodes de mesure du vide.

Institut national des normes et de la technologie (NIST)

image : Pour vérifier la précision de leur nouvelle approche de mesure de pressions de vide ultra-faibles, les chercheurs du NIST ont construit une version hautes performances d'une configuration de métrologie de pression traditionnelle, connue sous le nom de système d'expansion dynamique. Dans ce système, ils injectaient du gaz à un débit d’environ 10 à 100 milliards de molécules par seconde dans la chambre supérieure. Le gaz se déplace de la chambre supérieure vers la chambre inférieure, qui est évacué par une grosse pompe, à un débit connu à travers un orifice dimensionné avec précision. Un ensemble de jauges mesurait le rapport de pression entre les chambres supérieure et inférieure pour corriger les imperfections. En utilisant le débit de gaz entrant et la vitesse à laquelle le gaz se déplace entre les deux chambres, les chercheurs ont calculé la pression dans la chambre supérieure, que le CAVS mesure indépendamment. Les chercheurs ont trouvé un accord entre cette valeur de pression connue et les lectures des capteurs CAVS, validant ainsi leur nouvelle méthode.Voir plus

Crédit : NIST

Une chambre à vide n’est jamais parfaitement vide. Il reste toujours un petit nombre d’atomes ou de molécules et il est essentiel de mesurer les minuscules pressions qu’ils exercent. Par exemple, les fabricants de semi-conducteurs créent des micropuces dans des chambres à vide qui doivent être presque entièrement dépourvues de contaminants atomiques et moléculaires. Ils doivent donc surveiller la pression du gaz dans la chambre pour garantir que les niveaux de contaminants sont suffisamment bas.

Aujourd'hui, des scientifiques de l'Institut national des normes et technologies (NIST) ont validé une nouvelle approche pour mesurer des pressions de gaz extrêmement basses appelée CAVS, pour Cold Atom Vacuum Standard. Ils ont établi que leur technique peut servir de « standard primaire » – en d’autres termes, elle peut effectuer des mesures intrinsèquement précises sans avoir besoin d’être calibrée au préalable pour référencer des lectures de pression.

Après avoir développé le CAVS au cours des sept dernières années, les chercheurs du NIST ont récemment soumis leur technique aux tests les plus rigoureux à ce jour. Leur nouvelle étude, publiée dans la revue AVS Quantum Science, montre que les résultats du CAVS concordent avec la méthode traditionnelle « de référence » pour mesurer les basses pressions, démontrant que cette nouvelle technique peut effectuer des mesures avec le même degré de précision et de fiabilité.

Non seulement le CAVS peut effectuer des mesures aussi bonnes que celles des manomètres traditionnels, mais il peut également mesurer de manière fiable les pressions de vide beaucoup plus faibles – un billionième de la pression atmosphérique du niveau de la mer et en dessous – qui seront nécessaires pour la fabrication future de puces et les prochaines années. -science de génération. Et son fonctionnement, basé sur des principes bien compris de la physique quantique, signifie qu'il peut effectuer des lectures précises « dès la sortie de la boîte », sans nécessiter d'ajustements ou d'étalonnage par rapport à d'autres sources ou techniques de pression de référence.

"C'est le résultat culminant", a déclaré Julia Scherschligt, physicienne au NIST. « Nous avons déjà connu de nombreux développements positifs. Mais cela confirme le fait que notre norme sur les atomes froids est véritablement une norme.

Outre la fabrication de semi-conducteurs, la nouvelle méthode peut être utile pour d’autres applications nécessitant des environnements sous vide poussé, telles que les ordinateurs quantiques, les détecteurs d’ondes gravitationnelles, les accélérateurs de particules et bien d’autres encore.

La technologie CAVS mesure les pressions du vide à l’aide d’un gaz froid d’environ cent mille atomes de lithium ou de rubidium piégés dans un champ magnétique. Ces atomes deviennent fluorescents lorsqu’ils sont éclairés par un laser réglé sur la bonne fréquence. Les chercheurs peuvent compter précisément le nombre d’atomes piégés en mesurant l’intensité de cette lueur.

Lorsque le capteur CAVS est connecté à une chambre à vide, les atomes ou molécules restants dans la chambre entrent en collision avec les atomes piégés. Chaque collision fait sortir un atome du piège, réduisant ainsi le nombre d’atomes et l’intensité de la lumière émise. Cette intensité, facilement mesurée par des capteurs de lumière, sert de mesure sensible de la pression. Cette relation entre le taux de gradation et le nombre de molécules est prédite exactement par la mécanique quantique.