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Jul 16, 2023

NIST, 새로운 '기본 표준' 시연

칩 제조, 중력파 검출기 및 양자 컴퓨터는 모두 진공을 측정하는 더 나은 방법의 이점을 누릴 수 있습니다. NIST(국립표준기술연구소) 이미지: 확인용

칩 제조, 중력파 검출기 및 양자 컴퓨터는 모두 진공을 측정하는 더 나은 방법의 이점을 누릴 수 있습니다.

국립표준기술연구소(NIST)

이미지: 초저진공 압력 측정을 위한 새로운 접근 방식의 정확성을 검증하기 위해 NIST 연구원들은 동적 확장 시스템으로 알려진 기존 압력 계측 설정의 고성능 버전을 구축했습니다. 이 시스템에서 그들은 초당 대략 100억에서 1000억 개의 분자의 유량으로 가스를 상부 챔버에 주입했습니다. 가스는 상부 챔버에서 하부 챔버로 이동했으며, 하부 챔버는 정확한 크기의 구멍을 통해 알려진 속도로 대형 펌프에 의해 비워졌습니다. 결함을 수정하기 위해 일련의 게이지가 상단 챔버와 하단 챔버 사이의 압력 비율을 측정했습니다. 연구원들은 가스 흐름 속도와 두 챔버 사이에서 가스가 이동하는 속도를 사용하여 CAVS가 독립적으로 측정하는 상단 챔버의 압력을 계산했습니다. 연구원들은 알려진 압력 값과 CAVS 센서의 판독값 사이의 일치성을 발견하여 새로운 방법을 검증했습니다.더보기

크레딧: NIST

진공 챔버는 결코 완전히 비어 있지 않습니다. 항상 소수의 원자나 분자가 남아 있으므로 이들이 가하는 작은 압력을 측정하는 것이 중요합니다. 예를 들어, 반도체 제조업체는 원자 및 분자 오염 물질이 거의 전혀 없는 진공 챔버에서 마이크로칩을 만들기 때문에 챔버의 가스 압력을 모니터링하여 오염 물질 수준이 허용 가능한 수준으로 낮은지 확인해야 합니다.

이제 NIST(National Institute of Standards and Technology)의 과학자들은 저온 원자 진공 표준에 대해 CAVS라고 불리는 극도로 낮은 가스 압력을 측정하는 새로운 접근 방식을 검증했습니다. 그들은 자신들의 기술이 "1차 표준" 역할을 할 수 있다는 사실을 확립했습니다. 즉, 기준 압력 판독값에 대해 먼저 교정할 필요 없이 본질적으로 정확한 측정을 수행할 수 있다는 것입니다.

지난 7년 동안 CAVS를 개발한 NIST 연구원들은 최근 자신들의 기술을 지금까지 가장 엄격한 테스트를 통해 테스트했습니다. AVS Quantum Science 저널에 게재된 그들의 새로운 연구는 CAVS 결과가 저압 측정을 위한 전통적인 "최적 표준" 방법과 일치한다는 것을 보여 주며, 이 새로운 기술이 동일한 수준의 정확성과 신뢰성으로 측정을 수행할 수 있음을 보여줍니다.

CAVS는 기존 압력 게이지만큼 우수한 측정을 수행할 수 있을 뿐만 아니라 향후 칩 제조 및 향후 칩 제조에 필요한 훨씬 낮은 진공 압력(지구 해수면 대기압의 1조분의 1 이하)도 안정적으로 측정할 수 있습니다. - 세대 과학. 그리고 잘 이해된 양자 물리학 원리를 기반으로 하는 작동은 다른 기준 압력 소스나 기술을 조정하거나 교정할 필요 없이 "즉시 사용 가능한" 정확한 판독값을 얻을 수 있음을 의미합니다.

NIST 물리학자 Julia Scherschligt는 "이것이 최고의 결과입니다."라고 말했습니다. “우리는 이전에도 수많은 긍정적인 발전을 이루었습니다. 그러나 이는 우리의 저온 원자 표준이 진정한 표준이라는 사실을 입증합니다.”

반도체 제조 외에도 새로운 방법은 양자 컴퓨터, 중력파 탐지기, 입자 가속기 등과 같이 고진공 환경이 필요한 다른 응용 분야에도 유용할 수 있습니다.

CAVS 기술은 자기장에 갇혀 있는 약 십만 개의 리튬 또는 루비듐 원자로 구성된 차가운 가스를 사용하여 진공 압력을 측정합니다. 이 원자는 올바른 주파수로 조정된 레이저에 의해 조명될 때 형광을 발합니다. 연구자들은 이 빛의 강도를 측정하여 갇힌 원자의 수를 정확하게 계산할 수 있습니다.

CAVS 센서가 진공 챔버에 연결되면 챔버에 남아 있는 원자나 분자가 갇힌 원자와 충돌합니다. 충돌할 때마다 원자가 트랩에서 빠져나와 원자 수와 방출되는 빛의 강도가 감소합니다. 광 센서로 쉽게 측정할 수 있는 강도는 민감한 압력 척도 역할을 합니다. 디밍 속도와 분자 수 사이의 관계는 양자역학에 의해 정확하게 예측됩니다.