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3-achsiges Helmholtzspulensystem und Magnetresonanzdetektor im geschirmten Raum zur Vermessung der magnetischen Flussdichte

Die Stärke der magnetischen Flussdichte kann hochgenau mit Magnetometern bestimmt werden, die auf dem Prinzip der Kernmagnetresonanzmessung basieren. Ein neues Verfahren eignet sich besonders gut für niedrige Felder innerhalb magnetischer Abschirmungen. Dabei werden hyperpolarisierte Proben verwendet und mindestens zwei Rabi-Zyklen mit jeweils unterschiedlichen Anregungsfrequenzen angeregt. Das neue Verfahren erlaubt in kürzerer Zeit eine ähnlich genaue Feldbestimmung wie eine deutlich längere Einzelmessung, ohne den Zustand der Hyperpolarisation zu zerstören. (Technologieangebot 0548)

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Die supraleitende Schicht einer Fallen-Elektrode (links) ermöglicht die Photodetektion eines im Fallenpotenzial gefangenen Ions.

Ein Quantencomputer verwendet Qubits für die Ausführung seiner Operationen. Ionenfallen haben sich bisher als eine der besten Möglichkeiten zur Herstellung, Speicherung und Manipulation von Qubits erwiesen. Das PTB-Konzept basiert auf der Integration bisher separater Komponenten: Der Sensor zur Photodetektion und die Fallen-Elektrode, die aus einer supraleitenden Schicht aufgebaut ist, werden zusammengeführt. Bei Absorption eines Photons geht der Supraleiter vom supra- in den normalleitenden Zustand über. Diese Zustandsänderung wird über eine Widerstandsmessung detektierbar. Die Idee ermöglicht einen vereinfachten Aufbau von Ionenfallen und insbesondere bei einer Serienfertigung eine vereinfachte Herstellung. (Technologieangebot 0545)

Opens external link in new windowdoi.org/10.1088/1681-7575/acd941

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Das Kalibrierprinzip ist bestechend einfach: Das zu prüfende Mikrofon wird auf dieser Scheibe montiert. Sie rotiert vertikal und setzt das Mikrofon dadurch einer sinusförmigen Höhenänderung im Raum aus. Die Geschwindigkeit der Scheibe bestimmt die Tonhöhe.

Für die Messung von Infraschall fehlt bisher eine verlässliche Infrastruktur für die Rückführung von Messgeräten und Sensoren. Als wichtiger Entwicklungsschritt dazu wurde in der PTB ein neuartiger Primärmessplatz für Infraschall aufgebaut, der die Abnahme des Umgebungsluftdrucks mit der Höhe als Anregungssignal nutzt.

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Die Kombination des Digitalen Kalibrierscheins (DCC) der PTB mit dem Akkreditierungssymbol der DAkkS ist ein Beitrag zur umfassenden Automatisierung von Produktionsprozessen.

Nach einer erfolgreichen Pilotphase können ab Ende März 2024 akkreditierte Kalibrierlaboratorien das digitale Akkreditierungssymbol beantragen und damit digital nachweisen, dass sie akkreditiert sind. Zusammen mit dem von der PTB entwickelten Digitalen Kalibrierschein kann es als maschinenlesbarer, manipulationssicherer und verifizierbarer Kalibriernachweis dienen und letztlich den Papier-Kalibrierschein ablösen.

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Simulation der elektronischen Kollisionsschaltung: Zwei Elektronenquellen (S1, S2) senden zeitgleich ununterscheidbare Elektronen auf entgegenlaufenden Bahnen aus. Deren Bewegung im Potential eines elektronischen Strahlteilers kann aufgrund gegenseitiger Wechselwirkung genau gesteuert werden. Das Ergebnis wird von zwei Detektoren (D1, D2) erfasst, die die Ankunft eines einzelnen Elektrons feststellen können.

Das gezielte Aufeinandertreffen einzelner Photonen oder Elektronen eröffnet eine empfindliche Messmethode, um deren gegenseitige Beeinflussung untersuchen und kontrollieren zu können. Durch diese Reduktion auf einzelne scharfe Signalimpulse lassen sich die Auflösung von Messungen verbessern und neue Bauteile für die Quanteninformationsverarbeitung schaffen. In nanostrukturierten Halbleiterschaltungen können zwei Elektronen einzeln auf sich kreuzenden Signalleitungen ballistisch geführt werden, um so ihre Wechselwirkung zur Steuerung oder Abtastung elektrischer Signale einzusetzen. Die grundlegende Funktion eines solchen nichtlinearen Schaltungselements wurde von drei unabhängigen Forscherteams, jeweils angeführt von NEEL (F), NPL (UK) und PTB, in unterschiedlichen, sich ergänzenden Realisierungen demonstriert.

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Für die Suche nach dunkler Materie wurden drei Atomuhren verglichen: Zwei davon nutzen unterschiedliche Übergänge in demselben Yb<sup>+</sup>-Ion, das in einer Einzelionenfalle gespeichert wird (links). Die dritte Atomuhr verwendet ca. 1000 neutrale Strontiumatome in einem optischen Gitter (rechts).

Kann dunkle Materie mit Photonen wechselwirken und die Atomstruktur beeinflussen? Ein Vergleich zweier verschiedener Typen optischer Atomuhren der PTB verbesserte bisherige experimentelle Nachweisgrenzen für eine mögliche Kopplung um mehr als eine Größenordnung und 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.

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Schematische Darstellung des Messraums mit einigen Sensoren. Mithilfe des neuen Verfahrens können Temperaturen und deren Unsicherheiten an beliebigen Stellen auf Basis lokaler Sensordaten geschätzt werden.

Möchte man die Temperatur an beliebigen Punkten in einem Raum bestimmen, so ist dies mittels Sensornetzwerken und geeigneten Interpolationsverfahren prinzipiell möglich. In der PTB wurde untersucht, wie vertrauenswürdig solche interpolierten Daten sind.

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Bei Krankheiten wie Parkinson helfen sogenannte Hirnschrittmacher sehr gut. Doch ein solches Implantat kann bei einem MRT-Scan zu gefährlichen Erwärmungen führen. (Röntgenaufnahme; Quelle: Wikimedia Commons)

Die Magnetresonanztomografie (MRT) ist weltweit das zweithäufigste medizinische Bildgebungsverfahren mit über 100 Millionen Untersuchungen pro Jahr. Allerdings müssen Patienten, die Implantate tragen, oft auf diese lebensrettende Diagnosemöglichkeit verzichten oder eine geringere Bildqualität hinnehmen. Vor allem bei aktiven Implantaten wie Herzschrittmachern und Neurostimulatoren kann eine MRT-Untersuchung zu einer gefährlichen Erwärmung im Körper führen, wenn sie nicht vorsichtig angewendet wird. In der PTB wurde gezeigt, dass dieses Problem durch drahtlose Kommunikation zwischen Implantat und Magnetresonanztomograf gelöst werden kann.

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