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Die PTB hat eine neue Technik entwickelt, die es ermöglicht, ultrakurze Spannungsimpulse mit Laserimpulsen der gleichen Wellenlänge im gleichen Material zu erzeugen und zu messen. Die Spannungsimpulse werden dabei durch Anregung von Urbach-Ausläufern unterhalb der Bandkante des Halbleitermaterials erzeugt und mittels des elektrooptischen Effekts des Halbleitermaterials detektiert. Die neue Technik vereinfacht bisherige Verfahren zur Erzeugung und Detektion ultrakurzer Spannungsimpulse deutlich.
Ultrakurze Spannungsimpulse werde heutzutage routinemäßig durch Anregung eines photoleitenden Schalters mit Femtosekunden-Laserimpulsen erzeugt. Die Laserimpulse haben dabei eine Photonenenergie, die über der Bandkante des Halbleitermaterials liegt, auf dem der photoleitende Schalter gefertigt wurde. Zum Nachweis der Spannungsimpulse werden am häufigsten optische Abtastverfahren mit externen elektrooptischen Probern verwendet. Allerdings sind...

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Wenn die Partikelgröße eines ferromagnetischen Materials so klein wird, dass die Ausbildung von zwei Domänen infolge der dazwischen liegenden Wand zu energieaufwändig ist, erhält man Eindomänenpartikel. Diese lassen sich magnetisch als Punktdipole mit einem Makrospin beschreiben. In einem Ensemble kann die dipolare Wechselwirkung zu kollektiven Effekten führen. Im Fachbereich Halbleiterphysik und Magnetismus wurden zweidimensionale Anordnungen, d.h. dünne Schichten aus magnetischen Nanopartikeln (MNPs) untersucht. Dabei lag der Fokus auf der Fragestellung, welchen Einfluss externe Störfelder auf die magnetische Struktur der Schichten haben.
Numerische Simulationen zeigen, dass die Wechselwirkung in ungestörten Monolagenschichten dazu führt, dass die Filme eine Magnetisierung in der Filmebene und eine Domänenstruktur mit abgeschlossenem Flussmuster aufweisen. Multilagenfilme weisen ebenfalls eine Domänenstruktur auf, jedoch steht die...

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Deutliche Fortschritte wurden in der PTB bei Experimenten mit Einzelelektronen-Schaltungen erzielt, welche auf die Realisierung eines Quantennormals für die elektrische Kapazität abzielen. Diese Schaltungen ermöglichen das Abzählen einzelner Elektronen und damit deren kontrollierten Transfer und Speicherung auf den Elektroden eines Kondensators. Das Zielexperiment, der "Electron Counting Capacitance Standard" (ECCS), erlaubt schließlich die Untersuchung fundamentaler Fragestellungen bezüglich des Verständnisses der Quanteneffekte, die in der elektrischen Metrologie eingesetzt werden. Dieses Verständnis wird eine wichtige Rolle bei der geplanten Neudefinition unseres Einheitensystems (SI) spielen.
Erst kürzlich war es in der PTB gelungen, den kontrollierten „Shuttle“-Transfer wohldefinierter kleiner Ladungspakete zwischen metallischen Elektroden zu demonstrieren. Jedes dieser Ladungspakete bestand dabei aus einer wohldefinierten Anzahl...

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Im Jahr 2004 fanden Forscher an der Universität Manchester und an der Columbia Universität New York unabhängig voneinander eine Methode, aus Graphit einzelne Kohlenstoff-Atomlagen abzuspalten, sie auf eine Halbleiterelektrode zu übertragen und für elektrische Messungen zu nutzen. 
Das neue Material mit dem Namen Graphen (Betonung auf der letzten Silbe) weist aufgrund seiner Bandstruktur besondere Eigenschaften auf, die es sowohl für Grundlagenuntersuchungen als auch für praktische Anwendungen, z. B. extrem schnelle und kleine Transistoren, interessant erscheinen lassen. Besonders interessant ist es auch für die Metrologie, denn der Quanten-Hall-Effekt, mit dem ein elektrischer Widerstand extrem präzise realisiert werden kann, ist in diesem Material selbst bei Raumtemperatur beobachtbar.
Die PTB hat mit der Herstellung und Untersuchung des neuen Materials begonnen, um es auf seine Eignung für ein präzises Widerstandsnormal zu testen. Die...

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Der AC-Quanten-Hall-Widerstand zeigt eine schon länger bekannte Frequenz- und Stromabhängigkeit, über deren Ursachen bisher nur Vermutungen aufgestellt wurden. Nun konnten zum ersten Mal drei verschiedene Verlustmechanismen identifiziert und eliminiert werden. Der dominierende Beitrag wird durch kapazitive Ströme im zweidimensionalen Elektronengas verursacht und kann mit Hilfe von Steuerelektroden eliminiert werden. Ein weiterer Beitrag wurde auf Relaxationsverluste einer Adsorbatschicht auf der Oberfläche der Quanten-Hall-Probe zurückgeführt. Diese Adsorbatschicht kann durch ausreichendes Evakuieren der Probenhalterung vor dem Einbau in das Kryo-Magnet-System beseitigt werden. Die verbleibenden AC-Verluste konnten auf Polarisationsverluste im GaAs-Substrat zurückgeführt und mit einer neuen Schirmungstechnik eliminiert werden. Damit wird der 
AC-Quanten-Hall-Widerstand innerhalb einer relativen Unsicherheit von weniger als 1x10-8 unabhän...

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Aufgrund des zunehmenden Bedarfs an freier Bandbreite wird in letzter Zeit vermehrt über kurzreichweitige Kommunikationssysteme bei Frequenzen von 300 GHz und darüber hinaus nachgedacht. In diesem so genannten Terahertz-Frequenzbereich ist es äußerst schwierig, genügend Sendeleistung zu erzeugen und zu übertragen. Er wird daher bislang kaum genutzt, auch nicht für Anwendungen außerhalb der Kommunikationstechnik. Geeignete Komponenten, um kompakte und damit marktfähige Kommunikationssysteme aufzubauen, existieren noch nicht, jedoch lässt der technologische Fortschritt bei neuartigen Halbleiterbauelementen und Integrationstechniken für planare Schaltungen erwarten, dass sich diese Situation mittelfristig ändert. Dann werden THz-Wellen für kurzreichweitige Kommunikationssysteme mit Datenraten im Gigabit-Bereich in Innenräumen Verwendung finden. 
Mit der Modellierung solcher Terahertz-Kommunikationssysteme und der Erforschung der...

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Die in der PTB entwickelten planaren Thermokonverter sind für eine Nenn-Heizleistung von 10 mW konzipiert. Durch das für präzise Messungen erforderliche Signal-Rauschverhältnis ist die minimale Heizleistung auf etwa 100 µW festgelegt. Der Dynamikbereich der Leistung beträgt also rund 100:1, für die am Heizer anliegende Spannung bzw. die hindurch fließende Stromstärke resultiert daraus ein Dynamikbereich von 10:1. Theoretisch kann durch Anpassung des Heizerwiderstandswertes an das zu messende Signal für hinreichende Heizleistung gesorgt werden, in der Praxis ist jedoch der herstellbare Widerstandsbereich beschränkt. Die verwendete Dünnfilmtechnik ermöglicht einen Wertebereich von ca. 70 Ω bis ca. 1000 Ω. Aus der minimalen Heizleistung ergibt sich zusammen mit dem maximalen Heizerwiderstand die minimale messbare Stromstärke von ca. 0,3 mA. Ein hoher Heizerwiderstand bewirkt zusammen mit den unvermeidbaren Streukapazitäten des Messaufbaus...

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In Zusammenarbeit der Arbeitsgruppen Opens internal link in current window8.42 (Datenanalyse und Messunsicherheit) und Opens internal link in current window2.22 (Hochfrequenzmesstechnik) wurde ein neues, mathematikgestütztes Verfahren zur hochgenauen Kalibrierung von Vektornetzwerkanalysatoren (VNA) evaluiert. Das Verfahren beruht auf einer einzelnen VNA Messung mit einer Präzisions-Luftleitung. Die Fehlerkenngrößen des VNAs werden dann anhand dieser Messung über dem gesamten Frequenzbereich mit einem ausgeklügelten, mathematischen Verfahren ermittelt. Mittels virtueller Experimente wurden optimale Werte für die Verfahrensparameter bestimmt.
Durch Vergleich mit einer aufwendigen, etablierten Referenzmethode wurde das neue Kalibrierverfahren experimentell bestätigt. Das neue Verfahren ermöglicht nun in einfacher Weise die hochgenaue Kalibrierung von VNAs sowie die Funktionsprüfung mechanischer Kalibriersätze und elektronischer Kalibriereinheiten.

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Zur Eichung von Elektrizitätszählern in den staatlich anerkannten Prüfstellen werden seit geraumer Zeit Trennstromwandler (ICT) als Bestandteil einer Zählerprüfstation eingesetzt. Eine Zählerprüfstation ist derart aufgebaut, dass gleichzeitig zehn oder mehr Zähler geprüft werden. Daher wird eine galvanische Entkopplung notwendig, weil moderne Elektrizitätszähler eine Verbindung zwischen dem Strom- und dem Spannungspfad aufweisen, die nicht getrennt werden kann. Die Entkopplung jeweils eines Zählers wird mit Hilfe von jeweils einem dreiphasigen elektronisch fehlerkompensierten Stromwandler mit dem Übersetzungsverhältnis 1:1 erreicht.

Gemäß den PTB Prüfregeln müssen ICT’s den Fehlergrenzen von 0,05 % für den Stromwandlerfehler
εi und 0,09 crad für den Phasenfehlwinkel δi für Stromstärken oberhalb von 150 mA genügen. Für den Strombereich 20 mA bis 150 mA gelten erweiterte Fehlergrenzen. Die Messeinrichtung für die Vor-Ort Prüfung sollte...

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Nach erfolgter Kalibrierung eines vektoriellen Netzwerkanalysators mit kommerziellen Kalibriersätzen konnte die Qualität der Kalibrierung und die daraus resultierende Messgenauigkeit bislang nur abgeschätzt oder durch stichprobenartigeVergleichs- messungen bei einzelnen Frequenzpunkten verifiziert werden. Das neuartige Verfahren basiert auf einer einzigen Luftleitungsmessung, die mit dem vorkalibrierten Netzwerkanalysator durchgeführt wird. Die nachfolgende Auswertung der so gewonnenen, breitbandigen Messwerte mittels eines numerischen Verfahrens ermöglicht für den Fall der Eintormessung die ebenso breitbandige Bestimmung der komplexen Restfehlerterme. Letztere ermöglichen anschließend eine sekundäre Feh-lerkorrektur des Analysators. Das Verfahren ermöglicht in einfacher Weise die Funk-tionsprüfung mechanischer Kalibriersätze und elektronischer Kalibriereinheiten. Zur Zeit wird in Zusammenarbeit mit der AG 8.42 und in Kooperation mit...

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