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PTB liefert primäre elektrische Quantennormale für das BIPM

Kategorien:
  • Grundlagen der Metrologie
25.06.2020

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.

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.

 

 

 

Im Mai 2019 trat das revidierte Internationale Einheitensystem (SI) in Kraft, wodurch den elektrischen Quanteneffekten eine besonders wichtige Rolle in der modernen Metrologie zukommt. Durch die Festlegung exakter Zahlenwerte für die Naturkonstanten Planck´sches Wirkungsquantum h und Elementarladung e sind nun auch die quantisierten Werte von Widerstandsnormalen exakt bekannt. Sie basieren auf dem Quanten-Hall-Effekt und werden direkt auf die von-Klitzing-Konstante RK = h/e2 zurückgeführt. Damit liefert die Messung des Quanten-Hall-Widerstands eine primäre Darstellung des Ohm.


Die PTB ist als eines von wenigen Metrologieinstitute weltweit in der Lage, primäre Quantennormale für den elektrischen Widerstand herzustellen. Die Schaltungen basieren auf epitaktisch gewachsenen Halbleiter-Heterostrukturen und werden im Reinraumzentrum mittels Molekularstrahlepitaxie gefertigt. In einer nur wenige Nanometer dünnen leitenden Schicht tritt bei tiefen Temperaturen der Quanten-Hall-Effekt auf. Die Evaluierung der Schaltungen für die Eignung als Quanten-Widerstandsnormale erfolgt ebenfalls in Laboren der PTB. Dies geschieht mittels hochgenauer Tieftemperatur-Messungen unter Einsatz spezieller Messbrücken. Sind alle Parameter für die Schaltungsherstellung richtig gewählt worden, so stimmt der quantisierte Widerstandswert mit dem erwarteten (durch die von-Klitzing-Konstante RK gegebenen) Sollwert im Bereich einer relativen Abweichung von nur etwa einem Teil in einer Milliarde überein.


Über die vergangenen 30 Jahre hat die PTB im Rahmen zahlreicher Kooperationen mit metrologischen Staatsinstituten Quanten-Hall-Normale auch an andere Länder geliefert. Dabei hat sich die außerordentlich hohe Langzeitstabilität und Robustheit der Schaltungen aus PTB-Fertigung bewiesen. Durch die Unterstützung des BIPM als oberste internationale Metrologieinstitution leistet die PTB einen wichtigen Beitrag zur Sicherung der Grundlagen der Metrologie und zur weltweiten Harmonisierung des Messwesens.

 

Quanten-Hall-Widerstandsnormal im Probensockel

Quanten-Hall-Widerstandsnormal im Probensockel

 

 

 

 

 

Fachbereich 2.5 „Halbleiterphysik und Magnetismus“

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Leiter der Presse- und Öffentlichkeitsarbeit

Dr. Dr. Jens Simon

Telefon: (0531) 592-3005
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jens.simon(at)ptb.de

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