Wissenschaft

Hochreflektierende Spiegel sind ein wesentlicher Baustein der präzisesten optischen Interferometer, die beispielsweise zur Detektion von Gravitationswellen oder in optischen Atomuhren (zur Reduktion der Linienbreite von Lasern) eingesetzt werden. Diese Anwendungen werden wesentlich durch das Brown’sche Rauschen begrenzt, bei dem die thermische Bewegung der Teilchen im Spiegel zu Fluktuationen der reflektierten Lichtwelle führt. Neuartige GaAs/AlGaAs-Bragg-Reflektoren lassen eine deutliche Verringerung dieses Rauschbeitrages erwarten. Doch wegen neu entdeckter Rauschprozesse ist die Verbesserung bei tiefen Temperaturen gegenüber konventionellen Spiegeln nur gering.

Die Zulassung von Geldspielgeräten durch die PTB erfolgt seit Dezember 2022 komplett digital. Die Umstellung auf digitale Prozesse führt zu einer Effizienzsteigerung und Zeitersparnis im Zulassungsverfahren sowohl für die PTB als auch für die Antragsteller.

Seit 25 Jahren unterstützt die PTB die Entwicklung der Lithografie mit Extrem-Ultraviolettstrahlung in Europa über die Charakterisierung optischer Beschichtungen. Seit 2019 wird diese europäische Technologie in der Massenfertigung von hochwertigen Halbleiterbauelementen eingesetzt. Die Anforderungen an die Qualität der Messungen haben sich damit noch einmal deutlich erhöht. Daher wurde jetzt ein neues, verbessertes Reflektometer in Betrieb genommen.

Ein in der PTB speziell für den Spurenfeuchtebereich entwickelter optischer Gassensor ermöglicht kalibrierfreie, SI-rückgeführte Messungen für Klimaforschung und Industrie.

Mit weltweit mehr als 100 Millionen Untersuchungen pro Jahr ist die Magnetresonanztomografie (MRT) das zweitwichtigste medizinische Bildgebungsverfahren nach dem Röntgen. Doch wer ein Implantat trägt, muss oftmals auf diese potenziell lebensrettende Diagnosemöglichkeit verzichten oder eine geringere Bildqualität in Kauf nehmen. Insbesondere aktive Implantate wie Herzschrittmacher und Neurostimulatoren können in Kombination mit einer MR-Untersuchung bei unvorsichtiger Anwendung zu gefährlichen Erwärmungen im Körper führen. In der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) wurde nun demonstriert, wie mit einer drahtlosen Kommunikation zwischen Implantat und Magnetresonanztomograf dieses Problem gelöst werden kann. Dies könnte Millionen von Patientinnen und Patienten helfen und die Arbeit des Krankenhauspersonals erheblich vereinfachen. Die Ergebnisse wurden in der Zeitschrift Magnetic Resonance in Medicine veröffentlicht.

Optische Atomuhren gelten als die Atomuhren der Zukunft. Sie „ticken“ bereits, aber noch ist die Einheit Sekunde durch Cäsium-Atomuhren definiert. Bei ihnen werden Cäsium-Atome durch Mikrowellenstrahlung angeregt, die Atome oder Ionen bei optischen Uhren dagegen durch optische Strahlung. Die häufigeren Schwingungen pro Zeiteinheit von Licht im Vergleich zur Mikrowelle erlauben eine Bestimmung der Frequenz dieser Atomuhren mit weit höherer Genauigkeit. Forschenden der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) ist es jetzt gelungen, einen entscheidenden Einflussfaktor auf diese Referenzfrequenz, die Temperatur der Umgebung, genau zu bestimmen. Das neue Verfahren beruht darauf, dass bereits kleinste Frequenzverschiebungen direkt mit der Temperatur korreliert sind. Dazu verglichen die Forscherinnen und Forscher zwei optische Atomuhren miteinander und konnten die Frequenz des Referenzübergangs von Strontium-Ionen mit dreifach höherer...

In nanostrukturierten Schaltungen können Elektronen sich mit hoher Geschwindigkeit auf ballistischen Flugbahnen bewegen. Die Manipulation beziehungsweise Kontrolle einzelner Ladungsträger stellt dabei eine große technologische Herausforderung dar. Mit einem neuen Halbleiter-Bauteil aus der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) ist es jetzt gelungen, die Flugbahnen zweier Elektronen so aufeinander abzustimmen, dass ein einzelnes Elektron selbst zur Untersuchung eines anderen dienen kann. Die Forschenden berichten darüber in der aktuellen Ausgabe von Nature Nanotechnology. Gestützt werden ihre Ergebnisse durch Veröffentlichungen zweier weiterer unabhängiger Gruppen in derselben Ausgabe der Fachzeitschrift.

Kann dunkle Materie mit Photonen wechselwirken und die Atomstruktur beeinflussen? Ein Fall für optische Atomuhren: Zwei verschiedene Typen von ihnen wurden an der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) im Rahmen des Sonderforschungsbereichs DQ-mat und des Exzellenzclusters QuantumFrontiers verglichen. Es ist die bisher genaueste Suche nach einer Wechselwirkung von ultraleichter dunkler Materie mit Photonen. Bestehende experimentelle Nachweisgrenzen für eine mögliche Kopplung wurden durch die Arbeit um mehr als eine Größenordnung verbessert – über einen weiten Bereich möglicher Massen der dunklen Materie-Teilchen. Deren Beschaffenheit und mögliche Wechselwirkungen konnten damit weiter eingegrenzt werden, auch wenn noch kein entsprechender Nachweis gelungen ist. Die Ergebnisse der Untersuchung sind in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift Physical Review Letters veröffentlicht.

Die PTB ist an zwei neuen großen EU-Projekten zum Thema künstliche Intelligenz beteiligt. Beide tragen das Kürzel TEF im Namen, was für „Testing and Experimentation Facility“ steht. Das Projekt TEF-Health soll innovative Ansätze in KI und Robotik im Gesundheitswesen prüfen und diese schneller zur Marktreife bringen. Das Projekt TEFAI- MATTERS widmet sich mit demselben Ziel innovativen KI-basierten Ansätzen in Robotik und Sensorik im Fertigungsbereich, etwa in der Produktion. Die Projekte sind Teil des Programms „Digital Europe“ und werden mit je 60 Millionen Euro gefördert. Ziel ist es, Qualitätsstandards für vernetzte Daten und KI auf messbare Größen zurückzuführen und so das Vertrauen in KI-Systeme zu stärken. (Ansprechpartner für TEF-Health: Daniel Schwabe, 030 3481-7802, daniel.schwabe@ptb.de, Ansprechpartner für TEF-AI-MATTERS: Harald Bosse, 0531 592-5010, harald.bosse(at)ptb.de)

Um das enorme Potenzial der Quantentechnologien in die Praxis umzusetzen, braucht es Fachkräfte. Gerade für den Transfer vom Labor in die Industrie und die Produktentwicklung fehlen qualifiziertes Personal und eine zentrale Anlaufstelle für ihre Fortbildung. Daher ist das Verbundprojekt „Quantum Technology Courses for Industry“ (QTIndu) gestartet. Unter Beteiligung der TU Braunschweig, des Quantum Valley Lower Saxony (QVLS) und der PTB entsteht bei QTIndu ein europaweites Netzwerk für Quantentechnologie-Fortbildung. (Ansprechpartner: Oliver Bodensiek, 0531 592-9454, oliver.bodensiek(at)ptb.de)