基準の再定義: 近距離測定に対する NIST の新しいアプローチ

米国国立標準技術研究所 (NIST) 2023 年 8 月 20 日

超低真空圧を測定するための新しいアプローチの精度を検証するために、NIST の研究者は、動的拡張システムとして知られる従来の圧力計測セットアップの高性能バージョンを構築しました。 このシステムでは、毎秒およそ 100 ～ 1000 億分子の流量でガスを上部チャンバーに注入しました。 ガスは上部チャンバーから下部チャンバーに移動し、大型ポンプによって正確な寸法のオリフィスを通って既知の速度で排気されます。 欠陥を修正するために、一連のゲージで上部チャンバーと下部チャンバー間の圧力比を測定しました。 研究者らは、2 つのチャンバー内のガスの流量とガスが 2 つのチャンバー間から移動する速度を使用して、CAVS が独自に測定する上部チャンバー内の圧力を計算しました。 研究者らは、この既知の圧力値と CAVS センサーからの読み取り値が一致していることを発見し、それによって新しい方法を検証しました。 クレジット: NIST

チップ製造、重力波検出器、量子コンピューターはすべて、真空を測定するより良い方法から恩恵を受ける可能性があります。

真空チャンバーは完全に空になることはありません。 少数の原子または分子が常に残り、それらが及ぼす微小な圧力を測定することが重要です。 たとえば、半導体メーカーは真空チャンバー内でマイクロチップを作成しますが、原子や分子の汚染物質がほぼ完全に存在しない必要があるため、汚染物質のレベルが許容範囲内に低いことを確認するためにチャンバー内のガス圧力を監視する必要があります。

今回、国立標準技術研究所 (NIST) の科学者たちは、Cold Atom Vacuum Standard の CAVS と呼ばれる極度に低いガス圧力を測定するための新しいアプローチを検証しました。 彼らは、自分たちの技術が「一次標準」として機能できることを確立しました。つまり、基準圧力測定値に合わせて最初に校正する必要がなく、本質的に正確な測定を行うことができます。

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"}]">精度と信頼性。

NIST の研究者である Dan Barker、Steve Eckel、Jim Fedchak、Julia Scherschligt らは、極低圧を測定するための冷原子真空標準 (CAVS) として知られる新しい方法を開発し、テストしました。 クレジット: NIST

CAVS は、従来の圧力計と同等の測定を行うことができるだけでなく、将来のチップ製造や次の工程で必要とされる、はるかに低い真空圧力 (地球の海面大気圧の 1 兆分の 1 以下) を確実に測定することもできます。 -世代科学。 また、その動作は、十分に理解されている量子物理学の原理に基づいており、他の基準圧力源や技術に対する調整や校正を必要とせずに、「箱から出してすぐに」正確な読み取りができることを意味します。

“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"}]">原子標準はまさに標準です。」

この新しい方法は、半導体製造に加えて、量子コンピューター、重力波検出器、粒子加速器など、高真空環境を必要とする他の用途にも役立ちます。