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Miniaturisation de la technologie Cold-Atom pour la métrologie du vide déployable


Le processus extrêmement sophistiqué de fabrication de semi-conducteurs nécessite une précision exacte. La géométrie ou la largeur des circuits de puces exige que les fabricants de semi-conducteurs s'assurent que chaque processus doit être exécuté avec des détails extrêmes.

Le maintien d'un vide constant est essentiel dans le processus de fabrication des semi-conducteurs. Même une petite fluctuation mineure peut avoir un effet négatif sur le cycle de production. L'obtention d'une étanchéité efficace est un élément primordial pour obtenir un vide constant.

Par conséquent, de nombreux fabricants de semi-conducteurs et laboratoires de recherche sont soumis à une pression croissante pour atteindre ce type de vide constant. Les installations sont obligées d'éliminer de plus grandes quantités de molécules et de particules de gaz de leurs installations en raison des nouvelles technologies et procédés qui exigent tous des pressions plus faibles.

Une nouvelle façon de mesurer presque rien

L'Institut national des normes et de la technologie (NIST) a conçu un prototype qui utilise des atomes piégés ultra-froids pour mesurer la pression.

Les chercheurs ont conçu une jauge à vide suffisamment petite pour être déployée dans des chambres à vide. Le vacuomètre répond également aux critères Quantum SI. Cela signifie qu'il ne nécessite aucun étalonnage, dépend des constantes fondamentales de la nature, indique la bonne quantité ou n'en a pas du tout, et a spécifié des incertitudes adaptées à son application.

Selon l'étude du NIST, Les défis de la miniaturisation de la technologie des atomes froids pour la métrologie sous vide déployablepublié dans la revue IOP Science, le développement de la métrologie primaire sous vide basée sur les atomes froids relève actuellement de la compétence des instituts nationaux de métrologie. Selon les chercheurs, «sous le paradigme émergent du Quantum SI, ces technologies deviennent déployables (capteurs relativement faciles à utiliser qui s'intègrent à d'autres chambres à vide), fournissant une réalisation primaire du pascal dans l'UHV et le XHV pour la fin -utilisateur."

La nouvelle conception de la jauge suit les changements dans le nombre d'atomes de lithium froids piégés par un laser et les champs magnétiques dans le vide. Le résultat est que les atomes piégés deviennent fluorescents en raison de la lumière laser.

"Personne n'a réfléchi à la manière de miniaturiser une telle jauge à vide à atomes froids et aux types d'incertitudes que cela entraînerait", a déclaré Stephen Eckel, l'un des chercheurs. Les scientifiques sont en train de développer un tel système qui pourrait potentiellement remplacer les capteurs qui sont maintenant sur le marché.

Selon l'étude, la nouvelle conception utilise une variante nouvellement développée d'une technologie de base de la physique atomique: le piège magnéto-optique (MOT), dans lequel il y a six faisceaux laser, deux faisceaux opposés sur chacun des trois axes.

L'utilisation du lithium est une autre innovation dans la conception. «Personne à notre connaissance n'a pensé à un MOT à faisceau unique pour le lithium», déclare Daniel Barker, un autre chercheur. «Beaucoup de gens pensent au rubidium et au césium, mais pas trop au lithium. Pourtant, il s'avère que le lithium est un bien meilleur capteur pour le vide», dit Barker.

Le lithium est le troisième élément le plus léger. Il appartient au groupe des métaux alcalins qui comprennent le sodium, le potassium, le rubidium et le césium, qui sont faciles à refroidir et à piéger.

Selon James Fedchak, qui supervise le projet, les environnements UHV et XHV sont une partie essentielle de l'infrastructure de fabrication et de recherche avancées, des détecteurs d'ondes gravitationnelles à la science de l'information quantique.

Le nouveau dispositif standard de vide à atomes froids (CAVS) "permettra aux fabricants et aux chercheurs de déterminer avec précision le niveau de vide avant le début de l'expérience ou du processus", explique Fedchak. "Cela permettra également de mesurer avec précision des niveaux inférieurs de vide." Ces niveaux deviennent de plus en plus importants dans des domaines tels que la science de l'information quantique.


Voir la vidéo: Lene Hau: Quantum control of light and matter - from the macroscopic to the nanoscale (Novembre 2021).