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Forschungsnachrichten der Abteilung 2

Aktuelle Nachrichten

Zählstatistik eines Fehlersignals, das von einem Einzelladungsdetektor erfasst wurde und Simulation des diesem Messsignal zugrunde liegenden Random-Walks

Die Manipulation einzelner Elektronen mit dem Ziel, Quanteneffekte nutzbar zu machen, verspricht neue Fähigkeiten und Präzision in der Elektronik. In diesen gerade durch die Gesetze der Quantenmechanik bestimmten Einzelelektronenschaltungen treten dennoch auch Fehler auf – im besten Fall nur sehr selten. Verständnis und Metrologie der Funktionsweise und die Genauigkeit dieser fundamentalen...

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Der erste internationale Vergleich in der ultraschnellen elektrischen Wellenformmetrologie konnte erfolgreich abgeschlossen werden. Dazu wurde die Zeit- und Frequenzantwort einer Photodiode mit einer nominellen Bandbreite von 100 GHz an vier Metrologieinstituten gemessen und miteinander verglichen. Generell wurde eine gute Übereinstimmung zwischen den unterschiedlichen Ergebnissen erreicht. Jedoch...

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Verifizierung der Kalibriermethode durch eine Dreiecksmessung

Seit mehr als 20 Jahren basiert die Rückführung von Hochohmwiderständen in der PTB auf der Kalibrierung von 1-MΩ-Widerständen mittels Kryostromkomparator. Durch den Einsatz eines neuen Kryostromkomparators mit höheren Windungszahlen und verbessertem Rauschverhalten ist es jetzt auch möglich, Widerstände bis 10 MΩ zu kalibrieren. Die Kalibrierunsicherheit verbessert sich dabei um einen Faktor fünf...

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Kalibrierteiler KT34 für die Brückennormal-Kalibrierung

Für die Kalibrierung von Brückennormalen für die Dehnungsmessstreifen-Messtechnik wurde ein neuer Kalibrierteiler für den Nennwertbereich von 20 mV/V bis 100 mV/V entwickelt. Dieser ermöglicht eine stabilere und zeitsparende Kalibrierung bei Handmessungen sowie die Verwendung des vollautomatisierten Brückennormal-Messplatzes der PTB. Für diesen Zweck wurde die Messplatz-Software erweitert und in...

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Durchführung einer dynamischen PIM-Messung an einer Multibandantenne eines Mobilfunkanbietern

Passive Intermodulation (PIM) führt zu Störsignalen in Mobilfunknetzen und kann somit die Netzqualität verschlechtern. Die PTB arbeitet im Projekt „5G-Reallabor“ an einer Rückführung für PIM-Messungen im Labor und möchte damit eine Charakterisierung und Reduzierung der Messunsicherheiten erreichen und so einen Beitrag zur zuverlässigen Funktion des Mobilfunknetztes leisten.

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Skizze eines Ladevorgangs eines Elektromobils mit der Ladesäule als DUT

Für die Konformitätsbewertung von Ladeeinrichtungen im Anwendungsfall der E-Mobilität ist es unter anderem notwendig, die abgegebene Energiemenge zu bestimmen. Dieser Wert wird anschließend mit der von der Ladeeinrichtung gemessenen Menge verglichen und bewertet.

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Waferlayout der ersten Chip-Generation

Im Rahmen des Forschungsrahmenprogramms Horizon2020 wurde das Verbundvorhaben „AHEAD2020“ (Activities in the High-Energy Astrophysics Domain) gestartet. In einem Arbeitspaket von AHEAD2020 sollen in enger Kooperation mit internationalen Partnern Mikrowellen-SQUID-Multiplexer entwickelt und im Reinraumzentrum der PTB hergestellt werden. Die Multiplexschaltungen dienen zum Auslesen von...

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Rasterelektronenmikroskop-Aufnahme eines SQUIDs

Superconducting Quantum Interference Devices (SQUIDs) stellen die empfindlichsten Detektoren für Spinsysteme und magnetische Flüsse dar. Sogenannte Multi-Junction-SQUIDs bieten den Vorteil, die Beschränkung der Empfindlichkeit herkömmlicher SQUIDs auf bestimmte periodische Werte des angelegten magnetischen Feldes zu umgehen. Dies ermöglicht eine kontinuierliche Verschiebung des...

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Einfacher Schaltungsentwurf für das geplante Phasenankopplungs-Experiment zwischen Josephson- und Bloch-Oszillationen

Die Realisierung von exaktem und kontrolliertem Elementarladungstransport in supraleitenden Tunnelkontakten ist ein wichtiges Thema in der elektrischen Quantenmetrologie, da auf dieser Grundlage neuartige Quantenstromnormale realisiert werden können. In einem neuen von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Projekt werden Bloch-Oszillationen und nicht-klassische Strahlung in...

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Frequenzspektrum der synthetisierten Sinuswelle eines JAWS-Chips mit 3000 Josephson-Kontakten

Verschiedene Versionen breitbandiger On-Chip-Leistungsteiler basierend auf dem Konzept der Wilkinson-Teiler wurden entwickelt und untersucht, um das von der PTB entwickelte pulsgetriebene Josephson-Spannungsnormal (JAWS) zu optimieren und den experimentellen Aufbau zu vereinfachen. Ziel dieser Entwicklung ist es, die Bandbreite der Leistungsteiler zu erhöhen und damit eine größere Anzahl...

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Veranschaulichungen der unterschiedlichen Dotierung in Graphen auf den Siliziumkarbid-Terrassen

Bei der Entwicklung von elektrischen Quantenwiderstandsnormalen aus Graphen kommt es entscheidend darauf an, die Ladungsträgerdichte gezielt und exakt einzustellen. In einer kürzlich abgeschlossenen Untersuchung im Rahmen des von der PTB koordinierten Europäischen Metrologieforschungsprojekts „GIQS“ (Graphene Impedance Quantum Standard) konnte erstmals gezeigt werden, dass die Graphen-Dotierung...

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Einzelelektronenschaltkreis und Random-Walk“ des modellierten Fehlersignals als Funktion der Anzahl von Taktzyklen

Sowohl für die Quantenmetrologie als auch für Anwendungen im Bereich von Quantencomputern ist die Genauigkeit, mit der die Elemente eines Quantenschaltkreises manipuliert werden können, von entscheidender Bedeutung. Diese präzise zu bestimmen setzt zum einen eine robuste Modellvorstellung voraus und stellt zum anderen hohe Anforderungen an die Messapparatur.

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Frequenzspektrum des JAWS, der eine 100 mV Sinuswelle bei 950 Hz erzeugt

Der Grundton und die Oberwellen eines kommerziellen Signalgenerators können jetzt mittels quantenbasierter Wechselspannungen, erzeugt mit einem Josephson Arbitrary Waveform Synthesizer, präzise gemessen werden.

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Relative Abweichung der Signalverstärkung für unterschiedliche Messkonfigurationen in Abhängigkeit der Eingangsamplitude am ADC-Eingang

Die Abteilung „Elektrizität“ der PTB Braunschweig entwickelt derzeit gemeinsam mit der Abteilung „Temperatur und Synchrotronstrahlung“ in Berlin ein neues praktisches Rauschthermometer für metrologische und industrielle Anwendungen. Eine eigens entwickelte und optimierte Quanten-Spannungsrauschquelle, die auf dem Josephson-Effekt basiert, wurde erfolgreich für Linearitätsuntersuchungen an...

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Relative Differenz zwischen den Messwerten des AC-Quantenvoltmeters und der Kalibratorspannung von 1 Volt

AC-Quantenvoltmeter sind quantenbasierte Messsysteme, die zur Kalibrierung von Gleich- und Wechselspannungen bis 2 kHz bereits kommerziell angeboten werden. Die PTB hat jetzt ein neues sub-sampling Abtastverfahren entwickelt, welches den Frequenzbereich des AC-Quantenvoltmeters bis herauf zu 100 kHz erhöht.

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Schematisches Schaltbild einer Josephson-Impedanzmessbrücke kombiniert mit einem Quanten-Hall-Referenzwiderstand (QHR).

Die PTB untersucht im Rahmen eines europäischen Metrologieforschungsprojekts die Nutzbarkeit von neuartigen Quanten-Hall-Widerstandsnormalen auf der Materialbasis von Graphen für die Impedanzmetrologie. Die Arbeiten dienen der Entwicklung quantenbasierter Impedanzmessbrücken für vereinfachte Kalibrierungen elektrischer Wechselspannungsgrößen für den praxisnahen, flexiblen und effizienten Einsatz.

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Differenz zwischen der eingestellten Phase des JAWS-Referenzsystems und der gemessenen Phase für 100 kHz, aufgetragen über dem Spannungsverhältnis von Referenz- und Messsignal

Die Nutzbarkeit des Josephson Arbitrary Waveform Synthesizer (JAWS)- Konzepts für die Rückführung des Phasenwinkels zwischen zwei elektrischen Signalen über einen weiten Frequenzbereich wurde untersucht. Die hohe spektrale Reinheit und die hervorragende zeitliche Auflösung des Systems erlaubt es, Phasenwinkel auch bei relativ hohen Frequenzen von 100 kHz und bei Spannungsverhältnissen von bis zu...

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Planares 4x4-Patchantennenarray mit elektronisch schwenkbarer Sende- und Empfangscharakteristik

In dem vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) geförderten Projekt Gemimeg-II „Sichere und robuste kalibrierte Messsysteme für die digitale Transformation“ erarbeiten die 13 beteiligten Partnerinstitutionen verlässliche Standards, um in den Prozessen der Qualitätsinfrastruktur eine verlässliche Kommunikation digitaler Daten, Informationen und Zertifikate sicherzustellen. Der...

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Freifeld mit Hochspannungsgenerator und Präzisionsspannungsteiler

Zur Unterstützung des Ausbaus neuartiger DC-Hochspannungsübertragungsnetze, z.B. für die geplanten Nord-Süd-DC-Hochspannungstrassen in Deutschland, wirkt die PTB maßgeblich an der Entwicklung von messtechnischen Lösungen mit. In einem ersten Schritt wurden dazu ein 2000 kV-Gleichspannungsgenerator und ein Spannungsmessteiler entwickelt und auf dem Freifeld der PTB im Sommer 2020 erfolgreich...

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Anordnung verdrillter Aderpaare

Die PTB hat kürzlich im Rahmen einer industriellen Kooperation erstmals eine vollständige Messunsicherheitsbilanz für symmetrisch übertragene Streuparameter, sogenannte „Mixed-Mode-Streuparameter“, aufgestellt. Diese Messgrößen sind vor allem für differenzielle Leitungssysteme relevant, wie sie beispielsweise in Leiterkarten oder in Mehrdrahtleitungen genutzt werden.

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Quanten-Hall-Widerstandsnormal im Probensockel

Die Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) und das Bureau International des Poids et Mesures (BIPM, Sitz nahe Paris) haben eine Vereinbarung über eine wissenschaftliche Kooperation auf dem Gebiet der Metrologie des Quanten-Hall-Effekts getroffen. Im Rahmen dieser Kooperation liefert die PTB Quantennormale zur Darstellung der elektrischen Widerstandseinheit Ohm an das BIPM.

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Neuer koaxialer Steckverbinder

Die PTB hat als erstes nationales Metrologieinstitut weltweit die Rückführung für Streuparametermessungen mit dem neuen koaxialen Steckverbinder vom Typ 1,35 mm aufgebaut. Der Steckverbinder deckt Frequenzen bis zu 90 GHz ab und wird in den nächsten Ausgaben der relevanten IEEE- und IEC-Normen aufgenommen werden. Dies ist das Ergebnis einer Kooperation zur Entwicklung eines Verbinders für...

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Verbundprojekt »LamA-connect« entwickelt intelligente und BSI-konforme Steuerungs- und Abrechnungskonzepte für die Ladeinfrastruktur.
Wenn zu Spitzenzeiten viele Elektroautos gleichzeitig geladen werden, kann dies zu Netzüberlastungen führen. Im Verbundprojekt »LamA-connect« entwickelt die PTB zusammen mit insgesamt 11 Partnern unter Führung des Fraunhofer IAO Lösungen, die ein sicherheits-,...

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Lithographisch hergestellte planare Feldspule

Im Rahmen des von der PTB koordinierten Europäischen Forschungsprojekts „NanoMag“ wurden verschiedene Kalibrierverfahren zur Rückführung magnetischer Feldmessungen mit Ortsauflösung von einigen zehn Nanometern miteinander verglichen und validiert. Die Ergebnisse dieser Forschungsarbeiten wurden kürzlich in der angesehenen Fachzeitschrift „Small“ publiziert.

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