| Fachbereich 2.6 |
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Elektrische Quantenmetrologie
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Aufgaben
Im Fachbereich „Elektrische Quantenmetrologie“ werden makroskopische Quanteneffekte genutzt,
um die elektrischen Einheiten
- • Ampere (A) und Coulomb (C) für die Größe der Stromstärke und Ladung
- • Volt (V) für die Größe der Spannung
- • Ohm (Ω) für die Größe des Widerstandes
auf Naturkonstanten zurückzuführen und mit extrem geringer Unsicherheit zu reproduzieren.
Die Bewahrung und Weitergabe der Widerstandseinheit Ohm erfolgt mit dem Quanten-Hall-Effekt.
Der Betrieb von Quanten-Hall-Widerständen mit Wechselstrom erlaubt auch die direkte Rück-
führung eines Wechselstrom-Widerstandes auf Naturkonstanten. Damit lässt sich die Einheit der
Kapazität, das Farad (F), mit Hilfe von Naturkonstanten reproduzieren.
Die Bewahrung und Weitergabe der Einheit Volt erfolgt in der PTB mit Hilfe des Josephson-Effektes. Schaltbare Josephson-Elemente erlauben die Reproduzierung praktisch beliebiger Spannungswerte
(bis 10 Volt) mit Quantengenauigkeit und die Synthese niederfrequenter Wechselspannungen
Die Reproduzierung der Einheiten Ampere und Coulomb mit Hilfe des Einzel-Elektronen-Tunneleffekts
ist zur Zeit noch im Stadium der Entwicklung. Sie wird dazu führen, die Einheit Ampere über die
Naturkonstante ‚Elementarladung’ zu definieren. Schon jetzt sind für die praktische Messung
kleinster Stromstärken neu entwickelte klassische Verfahren einsetzbar, mit denen Stromstärken von
10 pA und geringer mit weltweit unerreichter Genauigkeit gemessen werden können.
