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Nachrichten

 

Dr.-Ing. Prof. h.c. Frank Härtig ist neuer Vizepräsident der PTB. Er löst damit Hon.-Prof. Dr. Roman Schwartz ab, der das Amt sechs Jahre lang innehatte. 

 

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Ein Forschungsverbund aus Leibniz Universität Hannover (LUH), TU Braunschweig, TU Clausthal, Jade Hochschule Wilhelmshaven und PTB wird vom Land Niedersachsen seit Juli 2020 für zunächst fünfzehn Monate beim Aufbau eines Innovationslabors für Wasserstofftechnologie unterstützt. Damit sollen in enger Zusammenarbeit von Hochschulen, Forschungseinrichtungen und Praxispartnern anwendungsnahe und umsetzbare Ideen für überzeugende Forschungs- und Transferkonzepte entwickelt werden. Nach der Konzeptionsphase werden die erfolgreichsten Innovationslabore für die dreijährige Umsetzungsphase ausgewählt. (Ansprechpartner: Ravi Fernandes, (0531) 592-3300, Opens window for sending emailravi.fernandes(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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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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Links: Überhöhte Darstellung einer Multiradienfläche. Rechts: Foto einer Realisierung. Der Durchmesser beträgt 40 mm.

 

Nicht-sphärische optische Flächen, also Asphären und Freiformflächen, sind heutzutage wesentliche Komponenten vieler moderner Abbildungssysteme in Industrie und Forschung. Zur Überprüfung hochgenauer Messgeräte für die Messung von Asphären und Freiformflächen wurden spezielle Referenzflächen entwickelt, die sich abschnittsweise aus Kugelflächen zusammensetzen. Erste Prototypen wurden in der PTB mit hoher Genauigkeit hergestellt und kalibriert. Im Rahmen des EMPIR-Projektes FreeFORM wurden sie erstmalig zur Überprüfung eines Asphärenmessgerätes verwendet.

Besonders bewährt haben sich dabei die sogenannten Multiradienflächen, die Kugelsegmente mit verschiedenen Radien kombinieren. Die jeweiligen Radien der einzelnen Kugelabschnitte und die geringen, aber unvermeidlichen Abweichungen von der perfekten Kugelform (Sphärizität) können z. B. mit Fizeau-Interferometern rückgeführt gemessen werden.

Durch die enge Zusammenarbeit zwischen...

 

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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-MRT konnten nun erste Aufnahmen gemacht werden.

 

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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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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 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 Quantenabbildung, 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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Schematisches Schaltbild (stark vereinfacht) einer Josephson-Impedanzmessbrücke kombiniert mit einem Quanten-Hall-Referenzwiderstand (QHR). Der Messstrom wird von zwei Stromquellen (links und rechts) eingespeist, die Spannungsmessung erfolgt quantenbasiert über zwei pulsgetriebene Josephson-Spannungsnormale (U<sub>1</sub> und U<sub>2</sub>). Nach Abgleich der Messbrücke durch Justierung der Spannungsverhältnisse und Phasenwinkel ist die durch den Detektor gemessene Spannung Null und damit das Verhältnis der Impedanzen des Prüflings (Z<sub>DUT</sub>) und des Quanten-Hall-Impedanznormals (Z<sub>QHR</sub>) gleich dem sehr genau bekannten Verhältnis der beiden Brückenspannungen U<sub>1</sub> und U<sub>2</sub>.

 

Die PTB untersucht im Rahmen eines europäischen Metrologieforschungsprojekts die Nutzbarkeit neuartiger Quanten-Hall-Widerstandsnormale 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, zum Beispiel in Kalibrierlaboratorien oder in der Industrie. Erste Messungen zeigten bereits eine sehr gute Reproduzierbarkeit und belegen das Potenzial der neuen Methodik.

 

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