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Mit Hilfe der SNS-JAWS Schaltungen, dem hochwertigen Pulscode und dem optimierten experimentellen Aufbau konnten erstmalig an der PTB AC-Wellenformen mit spektral sehr reinen Frequenzspektren generiert werden.
Hierbei konnten sinusförmige Wellenformen im Frequenzbereich von 500 Hz bis 10 kHz erzeugt werden, bei denen die höheren Harmonischen bis zu 112 dBc (2.10 -8 V) unterdrückt wurden 
(siehe Abbildung 1)

Abbildung 1 :
Frequenzspektrum einer sinusförmigen AC-Spannung (500 Hz, Effektivwert 8 mV). Der Peak bei 8,8 kHz ist ein vom Messgerät verursachtes Artefakt.

Erstmalig wurden auch beliebige Wellenformen generiert, die exemplarisch in Abbildung 2 als Frequenzspektrum bzw. als Funktion der Zeit gezeigt sind. Zu betonen ist, dass es sich in jedem Fall um quantisierte AC Spannungen handelt und dass derartige spektral reine Wellenformen mit keinem anderen Gerät erzeugt werden können.

Abbildung 2 :
Doppelpeak AC-Wellenformen mit...

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Eine wichtige Grundlage für die Erzeugung beliebiger Wellenformen ist die Generierung eines Pulscodes mit Hilfe von Sigma-Delta Modulationen. Diese Pulscodes werden mit dem Ziel optimiert, dass das Quantisierungsrauschen zu hohen Frequenzen verschoben wird und der Rauschuntergrund bei möglichst geringen Werten liegt. Hierzu kam ein Sigma-Delta Modulator 2. Ordnung zum Einsatz (Bild 1), der entsprechend optimiert wurde [1]. Nur mit einem optimalen Pulscode sind hochwertige quantisierte AC-Wellenformen möglich.

Bild 1 : 
Sigma-Delta Modulator 2. Ordnung zur Generierung des Pulscodes

Beim experimentellen Aufbau wurden alle die Qualität der AC Ausgangspannung störenden Effekte minimiert. Bild 2 zeigt den aktuellen experimentellen Aufbau. Zur Datenerfassung und Systemsteuerung wurde ein umfangreiches LabVIEW Software-Paket entwickelt.

Bild 2 : 
Schematische Darstellung des experimentellen Aufbaus

Um die Genauigkeit der generierten...

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Die fortschreitende Verkleinerung halbleitender Bauelemente stößt in absehbarer Zukunft an physikalische Grenzen. Darum werden bereits heute Alternativen für die Zeit jenseits der CMOS-Skalierungsgrenzen erforscht. Viel versprechende Möglichkeiten hierfür bietet die Supraleiterelektronik, die aufgrund der völlig anderen physikalischen Grundlagen sehr hohe Verarbeitungsgeschwindigkeiten bei geringem Energieverbrauch ermöglicht und erst durch Quanteneffekte begrenzt wird. Dieses Potential untersuchen 15 Forschungsinstitute, Universitäten und Industriefirmen in einem EU-Projekt im Rahmen der flankierenden Maßnahme („Support Action“) S-PULSE („Shrink-Path of Ultra-low Power Superconducting Electronics“; www.s-pulse.eu). Das Projekt mit einer Laufzeit vom 1. Januar 2008 bis zum 30. Juni 2010 wurde initiiert von FLUXONICS e.V. (www.fluxonics.org) und wird vom IPHT in Jena koordiniert. Wesentliches Ziel des Projekts ist die Erstellung einer...

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Die PTB ist seit mehreren Jahren in einem Verbundprojekt tätig, dessen Ziel die Entwicklung von organischen Festkörperlasern ist. Die Aufgabe der PTB besteht in der Herstellung von Gitterstrukturen, die als Resonator für die eigentlichen Laser benötigt werden. In den vergangenen Jahren konnten 
1-dimensionale, als auch 2-dimensionale Gitterstrukturen mit minimalen Dimensionen von unter 100 nm gefertigt und den Projektpartnern zur Verfügung gestellt werden. Die Resonatoren wurden dabei auf oxidierten Siliziumwafern hergestellt. In die vorhandene SiO2-Schicht wurde die Struktur mittels Elektronenstrahllithographie und Trockenätzprozess übertragen. Das Ziel der neuesten Arbeiten auf diesem Gebiet ist die Replikation der Gitterstrukturen durch Nanoimprintlithographie, wobei diese in einer engen Zusammenarbeit mit dem Institut für Hochfrequenztechnik der TU-Braunschweig durchführt wurden. Bei dem Nanoimprintprozess wird eine auf einem Stempel...

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Eine kompakte Transistor-Struktur, bestehend aus zwei kleinen Tunnelübergängen zwischen normalleitenden und supraleitenden Elektroden und einer kapazitiven Gate-Elektrode zur mittleren Insel (Bild 1) wird durch ein Hochfrequenz-Gate-Signal zum quantisierten Ladungstransport angeregt. Der Transport ist zyklisch und erfolgt über Anregungen des Quasiteilchenspektrums des Supraleiters. Getrieben von Gate-Oszillationen, tunneln Elektronen im Wechsel durch jeweils einen Tunnelkontakt.In der Insel werden sie jeweils zu Quasiteilchen immer wechselnder Polarität, die anschließend rekombinieren. Aufgrund dieser Funktionsweise hat ein solches System den Namen „hybrides Turnstile“ bekommen [1]. Unsere jüngsten Untersuchungen haben gezeigt, dass der Turnstile-Mechanismus, bei ausreichend transparenten Tunnelbarrieren, bis in den höheren Frequenzbereich (~1GHz) arbeitet, dass aber die Genauigkeit der produzierten Stromstärke von unerwünschten...

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Programmierbare Josephson Spannungsnormale (PJVS) sind heute neben dem Impuls-getriebenen Spannungsnormal (JAWS) die wichtigste Säule der modernen Spannungs-Metrologie im Wechselspannungsbereich. Obwohl ihr Einsatzgebiet wegen der unvermeidlichen, Nanosekunden-schnellen Schalttransienten beim Übergang zwischen verschiedenen Josephson-Spannungsniveaus auf Frequenzen < 1 kHz beschränkt ist, erschließen zur Zeit nur sie den Spannungsbereich bis 10 V. Die bisher von der PTB hergestellten 10V-PJVS basieren auf einer Reihenschaltung von ca. 70 000 SINIS Josephson-Kontakten (S=Supraleiter, N=Normalmetall, I=Isolator). Deren Herstellung erfolgt jedoch mit sehr geringer Ausbeute. Hauptursache dafür sind Plasma-induzierte Schädigungen der beiden extrem dünnen (2 nm) AlOx-Isolatoren, die zu singulär erhöhten kritischen Strömen und damit zum Ausfall von etwa 0,01% der Kontakte führen. Wesentlich stabiler und im Prozess unempfindlicher sind dagegen...

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In enger Zusammenarbeit mit der Arbeitsgruppe von Prof. Gölzhäuser an der Universität Bielefeld werden die elektrischen Transporteigenschaften organischer „Nanoblätter“ untersucht. Bisher konnte gezeigt werden, dass die zunächst nicht leitenden 1,5 nm dicken Schichten nach Tempern auf mehrere hundert Grad elektrisch leitfähig sind. Dabei steigt die Leitfähigkeit in einem Temperaturbereich von 800 K bis 1200 K um sechs Größenordnungen. Ziel dieses Projektes ist es, die Ladungsträgerkonzentration und deren Beweglichkeit zu bestimmen, um einen detaillierten Einblick in die Physik der elektrischen Transportprozesse innerhalb dieser Graphen-ähnlichen Schichten zu bekommen.
Auf organischen Biphenylthiol–Molekülen basierende Nanoblätter stellen in der Nanotechnologie ein Paradebeispiel für die sogenannte Bottom–Up Synthese dar. In mehreren aufeinander folgenden, aber voneinander unabhängigen Schritten können ihre physikalischen Eigenschaften...

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Im Rahmen der Erforschung der Kohärenzeigenschaften von supraleitenden Schaltungen für die Informationsverarbeitung werden an der PTB Ein-Cooper-Paar Transistoren (ECPT) untersucht. Für die Auslese solcher Schaltungen wird in einem Schwingkreis ihre effektive Induktivität und deren Abhängigkeit vom magnetischen Fluss ausgenutzt. Die Induktivität ist durch die flussabhängige Krümmung der Eigen-Energie des ECPT bestimmt, und sie hängt damit sowohl vom Energie-Eigenzustand als auch von der aufgebrachten Ladung ab. Derartige Strukturen eignen sich somit auch als Elektrometer, und sie können als solche womöglich Einzug in die Metrologie halten. Die erwähnte dispersive Auslese erlaubt dabei, Ladungssignale mit großer Bandbreite bei hoher Trägerfrequenz aufzulösen. Da das ECPT den supraleitenden Zustand hierbei nie verlässt, sind Probleme durch Wärmeentwicklung nicht zu erwarten, die von den ähnlichen Einzel-Elektron-Transistoren im Betrieb...

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Im Bereich von 20 µT bis 2 mT wird die Einheit Tesla für die magnetische Flussdichte nach dem Prinzip der freien Präzession von Protonen im Magnetfeld (Nuclear Magnetic Resonance) weitergegeben. In dem hierzu benutzten Messplatz werden die Spins der Kerne von Wasserstoffatomen zunächst senkrecht zur Richtung des zu messenden Feldes polarisiert. Nach dem Abschalten des Polarisationsfeldes präzedieren die Spins in die Richtung des zu messenden Feldes zurück. Das resultierende abklingende Sinus-Signal (s. Bild 1a) wird mit Hilfe einer Induktionsspule gemessen und die Präzessionsfrequenz wird, mit Referenz zum PTB-Zeitnormal, mit hoher Präzision bestimmt. Die magnetische Feldstärke lässt sich aus der so gemessenen Frequenz und dem für Wasserstoff sehr genau bekannten gyromagnetischen Verhältnis berechnen.
Mit dem bisher zur Frequenzbestimmung eingesetzten Messverfahren konnte die Einheit Tesla mit einer relativen Messunsicherheit von 10-5 we...

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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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