Національний інститут стандартів і технологій США (NIST) затвердив процес точного вимірювання надзвичайно низького тиску газу в обмеженому просторі, надаючи промисловості та дослідникам новий спосіб досягти «справжнього вакууму».
Коли фокусник говорить вам, що у нього в рукаві «нічого немає», то він лукавить. Насправді, в рукаві ховається сперте повітря, частини шкіри, піт і сальні виділення шкіри на руках… А часом колода карт або навіть цілий кролик.
Але коли виробник якісних мікрочіпів заявляє, що в його вакуумній камері «нічого немає», то йому можна вірити. Волосся, пилу або навіть молекул забруднюючих речовин може бути достатньо, щоб зруйнувати делікатну технологію.
Спроба вигнати кожну частинку газу з контейнера швидко стає безглуздим завданням. Кілька впертих частинок залишаться неминуче, їх видалення лежить за межами сучасних технологій. Однак якщо їх колективний тиск опуститься нижче 0,000001 паскаля (близько трильйонної частки атмосферного тиску), ми зможемо назвати середовище «надвисоким вакуумом», використовуючи стандарт вакууму холодних атомів (CAVS).
Отримати точну і надійну оцінку такого рівня вакууму складно. Зазвичай інженери покладаються на пристрої, які використовують залишки частинок газу як електронні сходинки або заряджають їх і збирають іонізовані частинки для підрахунку. Однак дослідники задаються питанням: чи можна перетворити обмеження на експерименти, що включають атоми, охолоджені лазером, у зручний інструмент для виявлення та підрахунку залишків атмосфери, що залишаються у вакуумній камері?
Вакуумна камера
Холодні, незаряджені металеві атоми, що утримуються в магнітних пастках, часто стикаються з неприємною проблемою: летючі частинки газу можуть вибити їх прямо з решітки. Але для вчених це плюс: вимірювання втрат цих атомів може забезпечити досить надійний показник концентрації високошвидкісних частинок у їх середовищі.
- Людські кровоносні судини вдалося виростити в лабораторії
- Несподіване відкриття: втрата генів дозволяє виживати
- «Зародки» нирок людини виростили всередині модифікованих ембріонів свиней
Підключивши магнітну пастку, що містить близько тисячі атомів літію або рубідію, до вакуумної камери, дослідники NIST показали, що можна постійно вимірювати тиск в діапазоні надвисокого вакууму, створюючи новий тип датчика CAVS. Хоча вони возилися з пристроєм протягом більшої частини останніх семи років, команда нещодавно приєднала свою нову технологію CAVS до системи, яка може стабільно пропускати кілька десятків мільярдів молекул в секунду в камеру.
Порівнюючи стандартизований об’єм молекул, що надходять у камеру, з вимірюваннями свого інноваційного датчика CAVS, команда показала, що їх метод не просто на висоті; це набагато простіше, ніж все, що було створено раніше. Без необхідності калібрування він фактично являє собою стандартний прилад для вимірювання вакууму “прямо з коробки”.
Для виробників високоякісних напівпровідників або дослідників, які покладаються на вакуум для вивчення різноманітних явищ, від гравітаційних хвиль до квантового хаосу до самого небуття, нова технологія може бути неймовірно корисним інструментом для досягнення часом вкрай необхідного «нічого».