Redéfinir les normes : la nouvelle approche du NIST pour mesurer la proximité

Par National Institute of Standards and Technology (NIST), 20 août 2023

Pour vérifier l'exactitude 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. Crédit : NIST

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

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 du National Institute of Standards and Technology (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.

Having developed CAVS over the last seven years, NIST researchers recently put their technique through its most rigorous tests to date. Their new study, published in the journal AVS Quantum Science, shows that CAVS results agreed with the traditional “gold standard” method for measuring low pressures, demonstrating that this new technique can make measurements with the same degree of accuracyHow close the measured value conforms to the correct value." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">précision et fiabilité.

Les chercheurs du NIST Dan Barker, Steve Eckel, Jim Fedchak, Julia Scherschligt et leurs collègues ont développé et testé une nouvelle méthode, connue sous le nom d'étalon de vide à atomes froids (CAVS), pour mesurer les pressions ultra-faibles. Crédit : NIST

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.

“This is the culminating result,” said NIST physicist Julia Scherschligt. “We have had numerous positive developments before. But this validates the fact that our cold atomAn atom is the smallest component of an element. It is made up of protons and neutrons within the nucleus, and electrons circling the nucleus." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">la norme atomique 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.