Külma aatomeid kasutatakse ülikõrge vaakumi jaoks usaldusväärse manomeetri loomiseks – Physics World

Mõju, mis tavaliselt takistab aatomite magnetilist lõksu, on kasutatud uue meetodi loomiseks rõhu mõõtmiseks ülikõrge vaakumi (UHV) süsteemides. Stephen Eckel, Daniel Barker, Julia Scherschligt, Jim Fedchak ja kolleegid USA riiklikust standardite ja tehnoloogia instituudist (NIST) on näidanud, et "külma aatomi vaakumstandardiga" (CAVS) tehtud mõõtmised sobivad täpselt UHV rõhu mõõtmise standardtehnikaga. Meeskond usub, et CAVS-id võivad osutuda usaldusväärsemaks viisiks rõhu mõõtmiseks kui mõned olemasolevad tehnikad.

Paljud rakendused teaduses ja tööstuses tehakse UHV tingimustes ja on ülioluline, et selliste süsteemide väga madalaid rõhku mõõdetaks täpselt. UHV rõhud on tavaliselt alla 10^-10  atmosfäärirõhust ja neid mõõdetakse tavaliselt ionisatsioonimõõturite abil. Need seadmed ioniseerivad vaakumis osa ülejäänud (tausta)gaasimolekule ja ioonid tõmmatakse negatiivse laenguga elektroodi poole. Saadud ioonivoolu mõõdetakse ja see teisendatakse rõhuks.

Siiski on ionisatsioonimõõturitel mitmeid puudusi, sealhulgas vajadus sagedase kalibreerimise järele; ja täpsus, mis sõltub taustgaasi koostisest. Selle tulemusena võib nendel mõõteriistadel olla UHV kasutamisel märkimisväärne mõõtemääramatus.

Põrkuvad aatomid

Aatomite magnetiline püüdmine on oluline rakendus, mida tehakse UHV all. See hõlmab neutraalsete aatomite jahutamist absoluutse nulli lähedale, mis võimaldab ülikülma aatomeid kasutada aine kvantomaduste uurimiseks. Kuid isegi kui seda hoitakse UHV-s, põrkuvad aatomid lõpuks kokku jääkgaasiga, lüües aatomid lõksust välja.

Hiljuti on teadlased mõistnud, et seda probleemi saab muuta vaakumrõhu mõõtmise eeliseks. "Viimase kümnendi jooksul on mitmed uurimisrühmad töötanud selle nimel, et kasutada foongaasist põhjustatud aatomikadu, mis on kahjulik enamiku kvantteaduslike rakenduste jaoks, et mõõta vaakumrõhku UHV vahemikus, " selgitab Barker.

Hiljutised arengud kvanthajutuse teoorias viitavad sellele, et magnetpüüniste aatomite kadumise kiirus peab sõltuma selle koostisest ennustatavalt ja kooskõlas taustgaasi avaldatava rõhuga. Selle tulemusena on mitmed uuringud uurinud ideed, et magnetpüüniseid saaks kasutada külma aatomi vaakumstandarditena, mis määravad rõhu, kasutades lõksus olevate aatomite kadu, ilma et oleks vaja kalibreerida.

Dünaamiline laienemine

Oma uuringus näitas NIST-i meeskond, et CAVS-i saab kasutada rõhu mõõtmiseks UHV tingimustes. Uuring hõlmas paari CAVS-i kinnitamist dünaamilise laiendussüsteemiga, mida NIST peab vaakumi mõõtmise kuldstandardiks. Need süsteemid töötavad, süstides vaakumkambrisse teadaoleva koguse gaasi, seejärel eemaldades selle teisest otsast hoolikalt kontrollitud kiirusega.

"Dünaamilise paisumise standard määrab teadaoleva gaasi vaakumrõhu kahe CAVS-i mõõtmiseks, " selgitab Barker. "Kui dünaamilise paisumise standardiga seatud rõhk ja CAVS-i mõõdetud rõhk langevad kokku oma määramatuse piires, on CAVS-id valideeritud: need on tõeliselt täpsed rõhustandardid ülikõrge vaakumi jaoks."

Oma katses mõõtsid teadlased kokkupõrkemäärade erinevusi lõksu jäänud ülikülmade liitiumi ja rubiidiumi aatomite ning erinevate toatemperatuuril olevate väärisgaaside vahel. Nii nagu varasemad kvanthajumisarvutused olid soovitanud, olid magnetlõksu CAVS-idest mõõdetud kadude määrad vaakumrõhu jaoks usaldusväärne standard.

CAVS-i rõhunäidud on usaldusväärsed isegi aastaid pärast kasutuselevõttu

Daniel Barker

„Leidsime, et CAVS-id ja dünaamilise laienemise standard on väga hästi kooskõlas; nad teatavad samast vaakumrõhust, ”ütleb Barker. "Nüüd teame, et CAVS-i rõhunäidud on usaldusväärsed isegi aastaid pärast kasutuselevõttu."

Väike 3D-prinditud vaakumpump võib anda massispektromeetriale tõuke

Pärast nende edu loodavad Eckel ja meeskond nüüd, et metroloogiainstituudid üle kogu maailma proovivad oma tulemusi korrata, võrreldes CAVS-e vaakumrõhu mõõtmistega, mis on tehtud nende enda dünaamilise paisumise standardite alusel. Kui rahvusvahelisele kokkuleppele jõutakse, loodavad nad, et vaakumrõhku saab peagi rutiinselt mõõta palju täpsemalt kui ionisatsioonimõõturitega – see on kasulik tipptasemel uurimisvaldkondades töötavatele teadlastele.

"Eeldame, et CAVS-i pikaajaline töökindlus võib olla kasulik kiirendites, gravitatsioonilainete detektorites ja järgmise põlvkonna pooljuhtseadmetes, " ütleb Barker. "NIST kavatseb ka kaubanduslikult toodetud mõõteriistade kalibreerimisstandardina välja töötada CAVS-i."

Uuringut kirjeldatakse artiklis AVS kvantteadus.

• SEO-põhise sisu ja PR-levi. Võimenduge juba täna.
• PlatoData.Network Vertikaalne generatiivne Ai. Jõustage ennast. Juurdepääs siia.
• PlatoAiStream. Web3 luure. Täiustatud teadmised. Juurdepääs siia.
• PlatoESG. Autod/elektrisõidukid, Süsinik, CleanTech, Energia, Keskkond päikeseenergia, Jäätmekäitluse. Juurdepääs siia.
• PlatoTervis. Biotehnoloogia ja kliiniliste uuringute luureandmed. Juurdepääs siia.
• ChartPrime. Tõsta oma kauplemismängu ChartPrime'iga kõrgemale. Juurdepääs siia.
• BlockOffsets. Keskkonnakompensatsiooni omandi ajakohastamine. Juurdepääs siia.
• Allikas: https://physicsworld.com/a/cold-atoms-used-to-create-reliable-pressure-gauge-for-ultra-high-vacuum/