芯片制造、引力波探测器和量子计算机都可以受益于更好的真空测量方法

　NIST的研究人员Dan Barker, Steve Eckel, Jim Fedchak, Julia Scherschligt和同事开发并测试了一种新的方法，称为冷原子真空标准(CAVS)，用于测量超低压力。

　　真空室永远不会是完全真空状态，少数原子或分子始终存在，测量它们施加的微小压力是至关重要的。例如，半导体制造商在真空室中制造微芯片，该真空室必须几乎完全没有原子和分子污染物，因此他们需要监测真空室中的气体压力，以确保污染物水平处于可接受的低水平。

　　目前，美国国家标准与技术研究院(NIST)的科学家们已经检定了一种测量极低气压的新方法，称为CAVS，用于冷原子真空标准。他们已经确定，该技术可以作为“基准”。换句话说，自身可以进行准确地测量，而不需要首先根据参考压力读数进行校准。

　　在过去七年里开发了Cavs，NIST的研究人员最近对他们的技术进行了迄今为止最严格的测试。在《AVS Quantum Science》杂志上发表的新研究表明，CAVS的结果与传统的测量低压的黄金标准方法一致，表明这种新技术可以进行同样高水平的准确、可靠的测量。

　　CAVS不仅可以像传统压力计一样准确地进行测量，而且它还可以可靠地测量未来芯片制造和下一代科学所需的低得多的真空压力--地球海平面大气压的万亿分之一或更低。它的运行基于众所周知的量子物理原理，这意味着它可以“开箱即用”地进行准确的读数，而不需要对其他参考压力源或技术进行任何调整或校准。

　　“这是最终的结果，”NIST物理学家Julia Scherschligt说,“我们以前有过许多积极的进展。这证实了一个事实，即我们的冷原子标准终成其为标准。”

　　除了半导体制造，这种新方法还可以用于其他需要高真空环境的应用，如量子计算机、引力波探测器、粒子加速器等。CAVS技术应用捕获在磁场中的大约10万个锂或铷原子的冷气来测量真空压力。当这些原子被调谐到合适的频率的激光照射时会发出荧光。研究人员可以通过测量这种发光的强度来精确地计算被捕获的原子的数量。

　　当CAVS传感器连接到真空室时，真空室中剩余的原子或分子与被捕获的原子相撞。每次碰撞都会把一个原子撞击出捕获阱，从而减少原子的数量和发出的光的强度。这种强度很容易通过光传感器测量，是一项灵敏的压力测量技术。这种变暗的速度和分子数量之间的关系是由量子力学准确预测的。

　　在这项新工作中，NIST研究人员将CAVS传感器安装在被称为动态膨胀系统的经典气体压力黄金标准参考装置上。动态膨胀系统的工作原理是将已知量的气体注入真空室，然后以已知的速度从真空室的另一端慢慢取出气体。然后，研究人员计算出在气室中产生的压力。