Ultrahochvakuum bezieht sich auf Drücke von weniger als 10-7 Pascal oder 100 Nanopascal (ein Zehnmillionstel Pascal). Zum Vergleich: Der atmosphärische Druck beträgt 101.3 kPa (Kilopascal), mehr als eine Milliarde Mal höher, der Druck in einer Glühbirne beträgt etwa 1 Pascal und der Druck in den Wänden einer Thermoskanne beträgt etwa 0.1 Pascal. Auch der Weltraum in der Umgebung der Erde ist kein Ultrahochvakuum, denn er hat einen Druck von etwa 100 Mikropascal, tausendmal höher als im Ultrahochvakuum. Im Ultrahochvakuum beträgt die mittlere freie Weglänge jedes Gasmoleküls 40 km, sodass diese Moleküle viele Male mit den Wänden ihrer Kammer kollidieren, bevor sie miteinander kollidieren.
Ultrahochvakuum wird hauptsächlich für oberflächenanalytische Techniken verwendet, wie Auger-Elektronenspektroskopie, Röntgen-Photoelektronenspektroskopie, Sekundärionen-Massenspektrometrie, thermische Desorptionsspektroskopie, winkelaufgelöste Photoemissionsspektroskopie und Dünnschichtwachstumstechniken, die eine hohe Reinheit erfordern, wie z Strahlepitaxie und chemische UHV-Gasphasenabscheidung. Ultrahochvakuum wird auch in Teilchenbeschleunigern verwendet, um einen leeren Strahlengang zu erzeugen.
Ein Ultrahochvakuum zu erzeugen erfordert außergewöhnliche Maßnahmen. Spezielle Kammerkonstruktionen minimieren die Oberfläche, Hochgeschwindigkeitspumpen, einschließlich Parallelpumpen, müssen verwendet werden, für Pumpen werden Rohre mit hoher Leitfähigkeit verwendet, Gaseinschlüsse (wie in Schraubengewinden) müssen beseitigt werden, Kammerwände müssen auf kryogene Temperaturen gekühlt werden Um die Sublimation von in nanoskopischen Taschen eingeschlossenen Gasen zu vermeiden, müssen alle Metallteile elektropoliert, ausgasarme Materialien wie Edelstahl verwendet und das System bei 250 °C bis 400 °C (482 °F bis 752 ° .) gebrannt werden F) um Kohlenwasserstoff- oder Wasserspuren zu entfernen. Ausgasung – das langsame Eindringen von Gasmolekülen durch winzige Risse in der Kammer – kann ein großes Problem darstellen. Einige Kammern können aufgrund ihrer Herstellungsweise kein Ultrahochvakuum erzeugen, und die Hardware muss entsorgt und ersetzt werden. Aus all diesen Gründen kann das Erreichen eines Ultrahochvakuums teuer und schwierig sein.
Obwohl Ultrahochvakuum extrem erscheinen mag, sind einige Umgebungen ein noch besseres Vakuum, einschließlich der Mondoberfläche und des interstellaren Raums. Einige Weltraumregionen, wie die Boötes-Leere, sind so verdünnt, dass nur ein Atom pro Kubikmeter vorhanden ist.