Wirtschaft

Im Rahmen des EU-Projekts „EuroSQIP“ werden in Kooperation mit dem CNRS in Grenoble DC-SQUIDs (SQUID: Superconducting QUantum Interference Device) hin-sichtlich ihrer Eignung als Phasen-Quantenbits (Qubits) untersucht. Zusammen mit den Partnern vom CNRS wurde ein optimierter SQUID Schaltkreis entworfen, der neben dem eigentlichen SQUID auch eine Hochfrequenzeinkopplung und Filter- strukturen beinhaltet. Die SQUID Schaltkreise wurden an der PTB unter Anwendung von Elektronenstrahllithographie, reaktivem Ionenätzen und chemisch-mechanischem Polieren (CMP) einer SiO₂ Isolationsschicht aus Nb/AlO_x/Nb Dreifach-Schichten (Trilayern) hergestellt. Nach einer Charakterisierung der SQUID Strukturen bei 4,2 K wurden geeignete Schaltkreise ausgewählt, die dann in Grenoble ausführlich in einem Mischungskryostaten bei Temperaturen im mK-Bereich untersucht wurden. Die dort durchgeführten Messungen zeigen, dass das SQUID als Qubit, d.h. als...

Im Rahmen des von der EU geförderten Projekts “RSFQubit“ werden spezielle Einzel- flussquanten-Schaltungen in RSFQ-Logik für die Kontrolle von Josephson-Qubits entwickelt. Bei RSFQ-Schaltungen konventionellen Designs sind starke Fluktuationen des ausgangsseitigen magnetischen Flusses problematisch, die als Folge des durch niederohmige Shuntwiderstände bedingten Johnson-Stromrauschens auftreten. Diese Widerstände erzeugen zwar die für korrekte SFQ-Pulsverarbeitung erforderliche Dämpfung, jedoch würden die relativ niederfrequenten Rauschkomponenten (unterhalb von ca. 10 GHz) eine starke Dekohärenz eines angekoppelten Qubits verursachen. Daher müssen diese Komponenten in integrierten RSFQ-Qubit-Schaltungen unter- drückt werden. Zur Lösung dieses Problems wurden die üblicherweise verwendeten Widerstände durch frequenzabhängige Shunts ersetzt, die aus dissipativen RC-Leitungsgliedern geeigneter Verteilung mit entsprechender Grenzfrequenz...

Ein Chirp-Filter ist ein lineares Element, mit dem eine frequenzabhängige Verzögerung des Signals einer akustischen Oberflächenwelle (surface-acoustic-wave, SAW) erzielt werden kann. Es wird auch als dispersive Verzögerungsleitung bezeichnet (DDL, dispersive delay line). Solche Elemente werden in Puls-Kompressions-Radarsystemen genutzt, aber z. B. auch für Echtzeit-Fourier-Transformationen. Ein Prototyp Chirp-Filter mit einem Zeit-Bandbreite Produkt von 4000 (T = 10 µs; B = 400 MHz) wurde entwickelt, das auf so genanntem "schwarzen", YZ-Schnitt Lithium-Niobat (YZ-LiNbO₃) basiert. Dieser auch als Reflective Array Compressor (RAC) bezeichnete Typ ist schematisch in Bild 1 dargestellt. LiNbO₃ ist stark piezoelektrisch und daher besonders für die Entwicklung von SAW Filtern mit großem Zeit-Bandbreite-Produkt geeignet. Ein Inter-Digital-Wandler (IDT) wandelt ein Mikrowellensignal in eine SAW, die sich entlang der Substratoberfläche...

Hochohmige miniaturisierte Metallstreifen stellen vielseitige Bauelemente mit bemerk- enswerten Eigenschaften für Einzelelektronen (SET)-Schaltungen dar. Diese Elemente erhöhen die Coulomb-Blockade in SET-Transistoren und unterdrücken das Co-Tunneln in SET-Pumpen. Kürzlich haben wir, in Kooperation mit einer Gruppe der Moskauer Staatsuniversität, die Tieftemperatur-Eigenschaften von Cr-Filmen untersucht (siehe Abb. 1a, b), die bei Raumtemperatur sehr hohe Werte des Flächenwider- stands R_S (R_S > 5 kΩ) besitzen. Die Stromstärke-Spannungs (I,V)-Kennlinien dieser Proben zeigten eine hohe Blockadespannung und eine stark ausgeprägte Hysterese nahe des Einsatzes der Blockade.

Um die Natur dieses Verhaltens zu verstehen, haben wir das System durch ein zwei-dimensionales Array von kleinen metallischen Körnern modelliert, die in Nachbar-Nachbar-Wechselwirkung durch oxidische Tunnelkontakte miteinander gekoppelt sind. Unsere Simulationen zeigten,...

Dank moderner lithographischer Methoden lassen sich halbleitende oder metallische Strukturen realisieren, in denen einzelne Elektronen transportiert werden können. Das Pumpen einzelner Elektronen wird in der PTB im Hinblick auf ein zukünftiges Quantenstromnormal untersucht, das die Stromstärke auf die Elementarladung und die Frequenz zurückführt. Ein solches Quantenstromnormal muss nicht nur eine geringe Unsicherheit aufweisen, es muss auch Stromstärken im Nanoamperebereich liefern, um praktische Relevanz zu haben. Im Fachbereich „Halbleiterphysik und Magnetismus“ wurde eine Quantenschaltung auf der Basis einer niedrigdimensionalen Halbleiter- struktur entwickelt, in der einzelne Elektronen mit nur einer Modulationsspannung von der Source-Elektrode zur Drain-Elektrode gepumpt werden können. Dabei wird ein neuer nicht-adiabatischer Pumpmechanismus ausgenutzt. Theoretische Betrachtungen sagen voraus, dass mit diesem Konzept metrologisch...

Magnetische Speicher und Sensoren begegnen uns in den verschiedensten Bereichen des täglichen Lebens. Magnetische Sensoren werden z.B. in Festplatten zum Auslesen der gespeicherten Daten, aber auch in verschiedensten anderen Bereichen wie z. B. im Automobilbau verwendet. Wie in allen Bereichen der Informationstechnologie werden solche Magnetspeicher und -sensoren in Zukunft immer schneller arbeiten müssen. Damit steigen auch die Anforderungen an die Messtechnik etwa zur Untersuchung der Schreibgeschwindigkeit von Magnetspeichern oder zur Ansprechzeit magnetischer Sensoren.

An der PTB wurde nun ein Verfahren entwickelt, mit dem die schnelle Magnetisierungsdynamik magnetischer Nanostrukturen durch eine einfache elektrische Messung detektiert werden kann. Auf kurze magnetische Feldpulse reagieren magnetischen Strukturen mit der sogenannten ferromagnetischen Präzession. Dabei umkreist die Magnetisierung das angelegte Magnetfeld mit...

Im "Electron Counting Capacitance Standard"-Experiment soll ein Kondensator mit einer wohlbekannten Anzahl von Elektronen geladen und die dabei entstehende Spannung mit einem Josephson-Spannungsnormal gemessen werden. Durch die Rückführung der Kapazität des Kondensators auf die von-Klitzing-Konstante kann schließlich das "Elektrische Quantendreieck" realisiert werden, welches die Konsistenz der drei fundamentalen elektrischen Quanteneffekte (Quanten-Hall-, Josephson- sowie Einzelelektronen-Effekt) überprüft. Die Realisierung des Elektrischen Quantendreiecks mit einer Unsicherheit von wenigen Teilen in 107 gilt als wichtiger Meilenstein auf dem Weg zu einem neuen Einheitensystem, welches gänzlich auf Quanteneffekte und Fundamentalkonstanten abgestützt ist. Als eines der wenigen Metrologieinstitute weltweit betreibt die PTB seit einiger Zeit den Aufbau dieses Experiments (Abb. 1).

Erstmals wurde der Einsatz einer an der PTB hergestellten...