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Bereits jetzt sind große europäische Forschungszentren über ein Glasfaser-Netzwerk verbunden, in das hochgenaue Atomuhren Laserlicht einspeisen. (Abb.: Stefan Schröder/Uni Bonn)

Ein Konsortium aus europäischen nationalen Metrologieinstituten, der Universität Bonn und hochspezialisierten Firmen soll unter dem Namen „Clock Optical Network Services – Design Study“ (CLONETS-DS) ab dem 1. Oktober eine Designstudie für ein zukünftiges Netzwerk zur Verteilung hochgenauer optischer Frequenzen und Zeitsignale entwickeln. So sollen der Wissenschaft künftig über eine gemeinsame europäische Forschungsinfrastruktur ultrapräzise Zeitund Frequenzinformationen bereitgestellt werden. Die Europäische Union fördert das Vorhaben in den nächsten zwei Jahren mit rund drei Millionen Euro. (Ansprechpartner: Harald Schnatz, (0531) 592-4300, Opens window for sending emailharald.schnatz(at)ptb.de)

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Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) verlängert die Förderung des Sonderforschungsbereichs „Designte Quantenzustände der Materie (DQ-mat) – Herstellung, Manipulation und Detektion für metrologische Anwendungen und Tests fundamentaler Physik“ der Leibniz Universität Hannover und der PTB für weitere vier Jahre mit rund 9,2 Millionen Euro. In dem Sonderforschungsbereich geht es um die Entwicklung quantenphysikalischer Konzepte für metrologische Anwendungen und für die Klärung fundamentaler Fragestellungen der Physik. (Ansprechpartner: Piet Schmidt, (0531) 592-4700, Opens window for sending emailpiet.schmidt(at)quantummetrology.de)

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Schematische Darstellung der Molekül-basierten Einzelphotonenquelle für Anwendungen in der Quantenradiometrie, z. B. für die Kalibrierung eines Einzelphotonendetektors (1, SPAD) über einen Referenz-Detektor (2, analog). Der Wert von g<sup>(2)</sup>(0) = 0,08 bedeutet eine sehr niedrige Wahrscheinlichkeit, dass zwei Photonen gleichzeitig emittiert werden. DBT: Dibenzoterrylen.

 

Einzelphotonenquellen sind sogenannte nicht-klassische Lichtquellen. Anders als Laser oder Glühlampen senden sie das Licht nur als einzelne Quanten (Photonen) aus. Anwendungen dafür finden sich in vielen Bereichen der Quantentechnologie, z. B. in der Quanten-basierten Bildgebung, im Quantencomputing, in der Quantenschlüsselverteilung und in quantenverstärkten optischen Messungen. Außerdem sind sie ideal für bestimmte Bereiche der Radiometrie. Für diese Anwendungen wurde jetzt eine Quelle mit besonders hohem und spektral reinem Photonenfluss entwickelt.

 

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Berkovich-Spitze auf einem Silizium-AFM-Cantilever (großes Bild) zusammen mit den Idealabmessungen einer Berkovich-Spitze (oben links) und einer Seitenansicht der gefertigten Spitze (oben rechts). Der Öffnungswinkel beträgt (143 ± 0,5)<sup>o</sup>, was gut mit der Spitzendefinition der ISO-Norm übereinstimmt. Die effektive Spitzenhöhe <em>h</m> beträgt ca. 1&nbsp;μm und ist damit ausreichend für oberflächennahe, mechanische Messungen, z. B. zur Bestimmung des eindringtiefenabhängigen elektromechanischen Verhaltens nanoskaliger Halbleitermaterialien.

 

Der neuartige Picoindenter aus der PTB, der die Spitze eines Rasterkraftmikroskops (AFM) als Eindringkörper verwendet, um Nanomaterialien dimensionell und mechanisch zu charakterisieren, wurde jetzt entscheidend erweitert: Im „Laboratory for Emerging Nanometrology“ (LENA) wurden mithilfe eines fokussierten Ionenstrahls (FIB) pyramidenförmige Berkovich-Spitzen auf AFM-Cantilevern hergestellt, die auch im Picoindenter zum Einsatz kommen können. Im Vergleich zu den herkömmlichen, konisch geformten AFM-Spitzen sind solche Eindringkörper mechanisch stabiler und ermöglichen langfristig schnelle dynamische Messungen sowie aufgrund ihrer hohen Leitfähigkeit auch elektrische Messungen.

 

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Schematische Darstellung der Floureszenzanregung einer Nanostruktur, die aus Atomen, verschiedener Elemente (A, B, C) zusammengesetzt ist. Bei Anregung mit einem Röntgenstrahl (E<sub>0</sub>) wird jeweils charakteristische Fluoreszenzstrahlung (E<sub>1</sub>, E<sub>2</sub>) emittiert.

 

In der PTB wurden Methoden zur elementspezifischen Rekonstruktion von periodisch nanostrukturierten Oberflächen optimiert, die für die Herstellung hochmoderner integrierter Schaltkreise verwendet werden. Durch die neuartige Analyse der Röntgenfluoreszenzstrahlung wird es möglich, die räumliche Verteilung von verschiedenen Atomen innerhalb der Nanostrukturen zu bestimmen.

 

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Hardwarekomponenten eines Open-Source-Niedrigfeld-MR-Tomografen: Pulsgenerator, Hochfrequenzverstärker, Sende-/Empfangsumschalter mit Empfangsvorverstärker, Anregungsspule, Gradientenverstärker, x-, y- und z-Gradientenspulen für die räumliche Kodierung und MR-Magnete mit Einsätzen zur Feldhomogenisierung. Ein Kopfphantom dient zur Veranschaulichung der Dimensionen. Die Baupläne werden für alle frei zugänglich veröffentlicht und zur nicht-exklusiven (auch kommerziellen) Nutzung freigegeben.

 

Im Rahmen einer internationalen Kooperation arbeitet die PTB an der Entwicklung von kostengünstigen Magnetresonanztomografen (MRT) mit Veröffentlichung aller technologischen Details als Open-Source-Hardware (OSH). Mit solchen OSH-MRTs konnten nun erste Aufnahmen gemacht werden.

 

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Eine Ampel mit den Farben rot, orange, gelb und grün.

Schon seit einigen Wochen hat die PTB zahlreiche Maßnahmen umgesetzt, um das Coronavirus SARS-CoV-2 zu bekämpfen: So wurden nahezu alle Veranstaltungen für die nächste Zeit abgesagt, und alle Dienstreisen – auch zwischen den PTBStandorten – wurden gestrichen. Für alle, die auf den PTB-Geländen in Braunschweig und Berlin arbeiten, gelten strenge Hygiene- und Verhaltensregeln. Und ein Großteil der Mitarbeitenden arbeitet im Homeoffice. Auf diese Weise wurden und werden viele Aufgaben weiterhin bearbeitet, sodass der Forschungs- und Dienstleistungsbetrieb weiterläuft. Verzögerungen in den unterschiedlichen Bereichen sind zwar unvermeidbar, da sich viele Forschungs- und Dienstleistungsaufgaben nur vor Ort im Labor erledigen lassen. Die PTB setzt jedoch alles daran, dass nicht nur die Zeit weiterläuft, sondern auch alle Uhren weiter ticken, sprich alle wichtigen Messaufgaben weiterhin erfüllt werden. So arbeitet die PTB mit einem abgestuften...

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Schneller, weiter besser – diese Entwicklung wird auch nach der Einführung von 5G weitergehen. Wie Konzepte für noch höhere Übertragungsraten aussehen könnten, erforscht ein DFG-Projekt namens „Metrology for THz Communications“ (Meteracom). Im Zentrum steht dabei der Terahertz-Frequenzbereich, in dem zukünftig mehr als 100 Gigabit pro Sekunde übertragen werden könnten. Das ist etwa das Zehn- bis Hundertfache dessen, was derzeit Funksysteme wie WLAN oder 5G leisten. An dem Projekt sind neben der PTB das britische Metrologieinstitut NPL (National Physical Laboratory) sowie die Universitäten Braunschweig, Paderborn, Marburg, Stuttgart und Lübeck beteiligt.

Ansprechpartner:

Thomas Kleine-Ostmann,
Telefon: (0531) 592-2300,
Opens window for sending emailthomas.kleine-ostmann(at)ptb.de

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Auszeichnungen


Christian Sanner, Nils Huntemann, Richard Lange

Die beiden Wissenschaftler im PTB-Fachbereich 4.4 Zeit und Frequenz (Huntemann, Lange) sowie ihr ehemaliger PTB-Kollege (Sanner, heute am JILA, Boulder, USA) haben den Helmholtz-Preis 2020 in der Kategorie „Grundlagen“ erhalten. Der Helmholtz- Preis ist einer der bedeutendsten Preise in der Metrologie und wird vom Helmholtz- Fonds alle zwei Jahre für hervorragende wissenschaftliche und technologische Forschung auf dem Gebiet „Präzisionsmessung in Physik, Chemie und Medizin“ verliehen. Christian Sanner, Nils Huntemann und Richard Lange ist es mit einem Langzeitvergleich zweier optischer Ytterbiumuhren der PTB gelungen, einen deutlich verbesserten Test der Lorentz-Symmetrie für Elektronen durchzuführen. Ihre Ergebnisse wurden in Nature veröffentlicht.

Tanja E. Mehlstäubler

Tanja E. Mehlstäubler

Die Forschungsgruppenleiterin am QUEST-Institut an der PTB hat den in einem gemeinsamen Berufungsverfahren der...

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Testprobe mit magnetischen Strukturen, an der Messungen im Rahmen des Ringvergleichs durchgeführt wurden. Die hellgrünen Bereiche bestehen aus einer magnetischen Schicht, in den dunklen Bereichen wurde diese Schicht lithografisch entfernt.

 

Für die Messung von räumlich auf der Nanometerskala variierenden magnetischen Feldverteilungen standen bislang keine international standardisierten Messverfahren zur Verfügung. Das von der PTB geleitete und kürzlich erfolgreich abgeschlossene EMPIR-Metrologieforschungsprojekt „NanoMag“ schließt diese Lücke und ermöglicht zukünftig international vergleichbare Messungen von Magnetfeldverteilungen mit hoher Ortsauflösung.

 

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