Wirtschaft

Der PTB ist es gelungen, mit rein optischen Verfahren ultrakurze Spannungsimpulse auf koplanaren Wellenleitungen zu erzeugen. Das besondere an diesem Verfahren besteht darin, dass keine externe Spannung an die Wellenleitung angelegt werden muss. Bisher konnte eine ähnliche Technik nur für in den freien Raum abgestrahlte Terahertzpulse angewandt werden. Die neuen Experimente sind wichtig, um Quellen von ultrakurzen Spannungsimpulsen und von Terahertzstrahlung besser verstehen und modellieren zu können. 
Die Erzeugung von ultrakurzen Spannungsimpulsen auf koplanaren Wellenleitungen ist sowohl für die Charakterisierung von Höchstfrequenzbauelementen, wie auch für spektroskopische Untersuchungen wichtig. Heutzutage werden ultrakurze Spannungsimpulse hauptsächlich in einem photoleitenden Schaltern erzeugt, der in eine koplanare Wellenleitung integriert ist und in dem optisch erzeugte Ladungsträger in einem von außen angelegten elektrischen...

Zur Beantwortung dieser Frage betreibt die PTB seit Anfang 2008 einen Messplatz für leitungsgeführte Störungen. Die Untersuchungen stützen sich auf die Normen
DIN EN 62052 11, DIN EN 62053 11/21/22 und die DIN EN 50 470 Teil 1 und Teil 3.

Mit den Komponenten des Messplatzes, z.B. einer Komponente zur Erzeugung elektrostatischer Ladungen, lassen sich visuell die Einflüsse solcher Entladungen an der Zähleranzeige ablesen und mit dem ungestörten Wert vergleichen. Auch andere Störungen, wie z.B. Unterbrechungen oder Absenkungen der Versorgungsspannung, Simulation von induktiven Schaltvorgängen (Bursts), Blitzentladungen/Schalthandlungen im Versorgungsnetz (Surges) oder gedämpfte Schwingungen, erzeugt durch Schaltüberspannungen, können im Messplatz simuliert werden. Die Generatorsysteme sind dabei für ein- und mehrphasige Zähler abgestimmt. Ein Komparator vergleicht das Prüflingsergebnis mit einem unter gleichen Betriebsbedingungen...

Quantenmechanische Zwei-Zustands-Systeme, so genannte Quanten-Bits (Qubits), können mit supraleitenden Schaltungen auf der Basis kleiner Josephsonkontakte realisiert werden. In der PTB wurden verschiedene Typen von Phasen-Qubits in Nb/AlO_x/Nb Technologie hergestellt und in Kooperation mit der Universität Karlsruhe hinsichtlich ihrer Kohärenzeigenschaften bei mK-Temperaturen untersucht. Die ersten Proben, die mit der Standard-Herstellungstechnik unter Verwendung einer durch ein PECVD-Verfahren abgeschiedenen SiO₂-Isolationsschicht gefertigt wurden, zeigten eine verhältnismäßig kurze Kohärenzzeit für Rabi-Oszillationen von nur etwa 5 ns. Als Hauptursache für die kurze Kohärenzzeit wurden Zwei-Niveau-Fluktuatoren in der Isolationsschicht identifiziert, die quantenmechanisch an das Qubit koppeln. Eine zweite Serie von Proben, bei der die SiO₂-Schicht durch eine PECVD Si₃N₄-Schicht ersetzt wurde, zeigt eine signifikante Erhöhung der...

Die bemerkenswerte Eigenschaft von Supraleiter-Ferromagnet-Supraleiter (SFS) Josephsonkontakten, die bei einer bestimmten Dicke der ferromagnetischen Schicht eine intrinsische Phasenverschiebung von π aufweisen [1], eröffnet viel versprechende Möglichkeiten zur Implementierung dieser Kontakte in Josephson-Qubits und Einzelflussquanten (SFQ)-Logikschaltungen. Mit der Verwendung von SFS-π-Kontakten kann in Phasenqubits eine wesentliche Erhöhung der Stabilität erreicht und in SFQ- Strukturen durch die Ersetzung großflächiger Speicherinduktivitäten ein besonders kompaktes Schaltungslayout erstellt werden. Darüber hinaus sagen Simulationsrechnungen von SFQ-Strukturen mit integrierten π-Phasenschieberelementen erweiterte Operationsbereiche voraus. Ein weiterer Vorteil dieser Schaltungen besteht in einem stark reduzierten Leistungsverbrauch.

Inzwischen liegen erste Messergebnisse von integrierten SFS/SFQ-Schaltungen vor, die in den Laboratorien...

Periodische Wechselspannungen werden üblicherweise bei Frequenzen bis etwa 400 Hz mit einem hoch auflösenden Abtastvoltmeter im Vollausschlag und mit relativen Unsicherheiten von 5^.10^-7kalibriert. Kompensiert man eine solche zu messende Wechselspannung mit einer programmierbaren Josephson-Spannung, können die resultieren Differenzspannungen mit dem gleichen Abtastvoltmeter, allerdings mit höherer Auflösung, gemessen werden.
Diese Methode zur Kalibrierung für Wechselspannungen, basierend auf einer synchron synthetisierten Wellenform einer programmierbaren Josephson-Schaltung, dem Abtast- Quantenvoltmeter, ist durch die Erhöhung des Signal-Rauschverhältnisses nochmals deutlich verbessert worden. 
Die ersten Messergebnisse mit neuen, programmierbaren 10V-Josephson-Schaltungen haben unterhalb von 300 Hz bereits eine Unsicherheit von 3^.10^-9 (k = 1, Typ A) erreicht. Der Einsatz von rauscharmen Vorverstärkern verspricht eine weitere...

Mit Hilfe der SNS-JAWS Schaltungen, dem hochwertigen Pulscode und dem optimierten experimentellen Aufbau konnten erstmalig an der PTB AC-Wellenformen mit spektral sehr reinen Frequenzspektren generiert werden.
Hierbei konnten sinusförmige Wellenformen im Frequenzbereich von 500 Hz bis 10 kHz erzeugt werden, bei denen die höheren Harmonischen bis zu 112 dBc (2^.10 ^-8 V) unterdrückt wurden 
(siehe Abbildung 1)

Abbildung 1 :
Frequenzspektrum einer sinusförmigen AC-Spannung (500 Hz, Effektivwert 8 mV). Der Peak bei 8,8 kHz ist ein vom Messgerät verursachtes Artefakt.

Erstmalig wurden auch beliebige Wellenformen generiert, die exemplarisch in Abbildung 2 als Frequenzspektrum bzw. als Funktion der Zeit gezeigt sind. Zu betonen ist, dass es sich in jedem Fall um quantisierte AC Spannungen handelt und dass derartige spektral reine Wellenformen mit keinem anderen Gerät erzeugt werden können.

Abbildung 2 :
Doppelpeak AC-Wellenformen mit...

Eine wichtige Grundlage für die Erzeugung beliebiger Wellenformen ist die Generierung eines Pulscodes mit Hilfe von Sigma-Delta Modulationen. Diese Pulscodes werden mit dem Ziel optimiert, dass das Quantisierungsrauschen zu hohen Frequenzen verschoben wird und der Rauschuntergrund bei möglichst geringen Werten liegt. Hierzu kam ein Sigma-Delta Modulator 2. Ordnung zum Einsatz (Bild 1), der entsprechend optimiert wurde [1]. Nur mit einem optimalen Pulscode sind hochwertige quantisierte AC-Wellenformen möglich.

Bild 1 : 
Sigma-Delta Modulator 2. Ordnung zur Generierung des Pulscodes

Beim experimentellen Aufbau wurden alle die Qualität der AC Ausgangspannung störenden Effekte minimiert. Bild 2 zeigt den aktuellen experimentellen Aufbau. Zur Datenerfassung und Systemsteuerung wurde ein umfangreiches LabVIEW Software-Paket entwickelt.

Bild 2 : 
Schematische Darstellung des experimentellen Aufbaus

Um die Genauigkeit der generierten...

Die fortschreitende Verkleinerung halbleitender Bauelemente stößt in absehbarer Zukunft an physikalische Grenzen. Darum werden bereits heute Alternativen für die Zeit jenseits der CMOS-Skalierungsgrenzen erforscht. Viel versprechende Möglichkeiten hierfür bietet die Supraleiterelektronik, die aufgrund der völlig anderen physikalischen Grundlagen sehr hohe Verarbeitungsgeschwindigkeiten bei geringem Energieverbrauch ermöglicht und erst durch Quanteneffekte begrenzt wird. Dieses Potential untersuchen 15 Forschungsinstitute, Universitäten und Industriefirmen in einem EU-Projekt im Rahmen der flankierenden Maßnahme („Support Action“) S-PULSE („Shrink-Path of Ultra-low Power Superconducting Electronics“; www.s-pulse.eu). Das Projekt mit einer Laufzeit vom 1. Januar 2008 bis zum 30. Juni 2010 wurde initiiert von FLUXONICS e.V. (www.fluxonics.org) und wird vom IPHT in Jena koordiniert. Wesentliches Ziel des Projekts ist die Erstellung einer...

Die PTB ist seit mehreren Jahren in einem Verbundprojekt tätig, dessen Ziel die Entwicklung von organischen Festkörperlasern ist. Die Aufgabe der PTB besteht in der Herstellung von Gitterstrukturen, die als Resonator für die eigentlichen Laser benötigt werden. In den vergangenen Jahren konnten 
1-dimensionale, als auch 2-dimensionale Gitterstrukturen mit minimalen Dimensionen von unter 100 nm gefertigt und den Projektpartnern zur Verfügung gestellt werden. Die Resonatoren wurden dabei auf oxidierten Siliziumwafern hergestellt. In die vorhandene SiO₂-Schicht wurde die Struktur mittels Elektronenstrahllithographie und Trockenätzprozess übertragen. Das Ziel der neuesten Arbeiten auf diesem Gebiet ist die Replikation der Gitterstrukturen durch Nanoimprintlithographie, wobei diese in einer engen Zusammenarbeit mit dem Institut für Hochfrequenztechnik der TU-Braunschweig durchführt wurden. Bei dem Nanoimprintprozess wird eine auf einem Stempel...

Eine kompakte Transistor-Struktur, bestehend aus zwei kleinen Tunnelübergängen zwischen normalleitenden und supraleitenden Elektroden und einer kapazitiven Gate-Elektrode zur mittleren Insel (Bild 1) wird durch ein Hochfrequenz-Gate-Signal zum quantisierten Ladungstransport angeregt. Der Transport ist zyklisch und erfolgt über Anregungen des Quasiteilchenspektrums des Supraleiters. Getrieben von Gate-Oszillationen, tunneln Elektronen im Wechsel durch jeweils einen Tunnelkontakt.In der Insel werden sie jeweils zu Quasiteilchen immer wechselnder Polarität, die anschließend rekombinieren. Aufgrund dieser Funktionsweise hat ein solches System den Namen „hybrides Turnstile“ bekommen [1]. Unsere jüngsten Untersuchungen haben gezeigt, dass der Turnstile-Mechanismus, bei ausreichend transparenten Tunnelbarrieren, bis in den höheren Frequenzbereich (~1GHz) arbeitet, dass aber die Genauigkeit der produzierten Stromstärke von unerwünschten...