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Damit das hohe Qualitätsniveau „Made in Germany“ auch in einer digitalisierten Welt gilt, hat die Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) gemeinsam mit weiteren Forschungspartnern und Unternehmen das Projekt GEMIMEG-II ins Leben gerufen, das vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) mit 12 Millionen Euro gefördert wird. Unter dem Titel „Sichere und robuste kalibrierte Messsysteme für die digitale Transformation“ wollen die 13 beteiligten Partner verlässliche Standards erarbeiten, um in den Prozessen der Qualitätsinfrastruktur eine verlässliche Kommunikation digitaler Daten, Informationen und Zertifikate sicherzustellen. Die Laufzeit des Projektes beträgt drei Jahre. Übergreifendes Ziel ist es, die digitale Transformation voranzutreiben und den Wirtschaftsstandort Deutschland zu stärken.

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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 beiden faserbasierten Punktlichtquellen befinden sich auf dem bewegten Objekt. Der Bildsensor registriert das Interferenzmuster, dessen Orientierung den Rollwinkel angibt.

Die PTB hat ein kostengünstiges Verfahren entwickelt, um den Rollwinkel bei hochpräzisen Linearverstellern in der optischen Messtechnik oder der industriellen Fertigung besonders einfach zu messen. Es besteht aus nur zwei Single-Mode-Glasfasern sowie einem herkömmlichen Bildsensor und benötigt keine zusätzliche Optik. Die zwei fest zueinander positionierten Enden der Glasfasern befinden sich auf dem bewegten Objekt, der Bildsensor ist fest im Raum verankert. Die aus den Glasfasern emittierte Laserstrahlung erzeugt ein Interferenzmuster aus parallelen Streifen auf der Sensorfläche. Bei einer Rollbewegung des Objektes dreht sich somit auch das Interferenzmuster auf der Sensorfläche. Der Drehwinkel wird mittels Fourier-Analyse aus dem Streifenmuster berechnet. Der Messbereich von 360° kann mit einer Auflösung von wenigen Winkelsekunden, also etwa 0,001°, erfasst werden. Zudem ist das Verfahren unempfindlich gegenüber Nick- und...

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Sende- und Empfangsantenne zukünftiger Kommunikationssysteme im Millimeterwellen- und Terahertzfrequenzbereich müssen zielgerichtet aufeinander ausgerichtet werden, um miteinander kommunizieren zu können. Ein neues Konzept aus der PTB sieht vor, zwei orthogonal zueinander ausgerichtete Drehfunkfeuer aus der terrestrischen Funknavigation zu kombinieren und für diesen neuen Anwendungsbereich zu miniaturisieren. Die PTB sucht einen Kooperationspartner zur Entwicklung dieser neuen Basistechnologie. (Technologieangebot 510)

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Der optische Inspektionskanal (gelb) ermöglicht die Detektion der Höhe eines Flüssigkeitsspiegels, der sich am vertikalen Hubkolben (grau) ausbildet.

Zur Kalibrierung kleinster Durchflüsse (< 0,1 ml/min) wird in der PTB derzeit ein Kolbensystem zur volumetrischen Durchflussbestimmung aufgebaut, bei dem oberhalb der Dichtung des vertikal verfahrenen Kolbens eine Flüssigkeit mit geringem Dampfdruck eingebracht werden kann. Die bei diesem Messprozess üblicherweise entstehenden Unsicherheiten durch thermische Einträge werden minimiert. Ein optischer Kanal ermöglicht über die Detektion der Höhe des Flüssigkeitspegels in zwei Sichtfenstern zusätzlich das Aufspüren von Undichtigkeiten im System. (Technologieangebot 499)

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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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Qualitätsinfrastruktur – wer sie aufbaut, schafft für sein Land die notwendigen Rahmenbedingungen für einen fairen Handel und industrielle Entwicklung sowie für einen wirksamen Verbraucher-, Umwelt-, Klima- und Gesundheitsschutz. Im Auftrag des Bundesministeriums für wirtschaftliche Zusammenarbeit und Entwicklung (BMZ) unterstützt die Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) seit vielen Jahren den Aufbau von Qualitätsinfrastrukturen in Schwellen- und Entwicklungsländern. Im Mai 2020 haben BMZ und PTB eine neue Vereinbarung unterzeichnet, die den Auftrag der PTB deutlich ausbaut: Das Volumen für den Aufbau von Qualitätsinfrastruktur in Kooperationsländern der deutschen Entwicklungszusammenarbeit soll zukünftig jährlich mindestens 15 Millionen Euro betragen. „Die PTB ist auf dem Gebiet der Qualitätsinfrastruktur eine weltweit hoch angesehene Institution. Wir wollen mit der PTB auch in Zukunft eng und vertrauensvoll zusammenarbeiten....

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