표준 재정의: 근거리 측정에 대한 NIST의 새로운 접근 방식

작성자: 국립표준기술연구소(NIST)2023년 8월 20일

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. 크레딧: NIST

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

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 표준(Cold Atom Vacuum Standard)에 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.

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"}]">정확성과 신뢰성.

NIST 연구원 Dan Barker, Steve Eckel, Jim Fedchak, Julia Scherschligt 및 동료들은 초저압 측정을 위한 저온 원자 진공 표준(CAVS)으로 알려진 새로운 방법을 개발하고 테스트했습니다. 크레딧: NIST

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.

“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"}]">원자 표준은 진정한 표준이다.”

반도체 제조 외에도 새로운 방법은 양자 컴퓨터, 중력파 검출기, 입자 가속기 등과 같이 고진공 환경이 필요한 기타 응용 분야에 유용할 수 있습니다.