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Die Messung von Hochfrequenz-Magnetfeldern ist in mehreren Bereichen der Technik erforderlich, insbesondere für den Personenschutz und im Bereich der EMV (Elektromagnetische Verträglichkeit). Zur Zeit stehen nur einige wenige Feldstärkemessgeräte für den Frequenzbereich bis 1 GHz zur Verfügung, jedoch bereitet die (rückgeführte) Kalibrierung Probleme.

Durch Optimierung einer Parallelplattenleitung ist es gelungen, ein Hochfrequenz-Magnetfeld rückführbar auf die elektrische Feldstärke zu erzeugen. Aufgrund des geringen Volumens dieser Messeinrichtung können keine handelsüblichen Feldstärkemessgeräte sondern nur Transfersensoren kalibriert werden. Mit diesen ist jedoch die Übertragung der magnetischen Feldstärke in andere Kalibrier-Feldgeneratoren jederzeit möglich.

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Das Ziel dieses Verbundvorhabens war die Erforschung und erstmalige Demonstration von organischen Dünnschichtlaserdioden. Dazu sollten grundlegende Untersuchungen neuartiger kohärent emittierender Strahlquellen auf Kunststoffbasis durchgeführt werden. Die Verwendung von organischen Materialien für die Herstellung von Dünnschichtlaserdioden bietet zwei wesentliche Vorteile: Der erste ist die Durchstimmbarkeit der Emmissionswellenlänge über den gesamten sichtbaren Spektralbereich. Der zweite Vorteil liegt darin, dass die verwendeten Technologien es ermöglichen, große Flächen und flexible Substrate kostengünstig zu beschichten. Die in dem Verbundvorhaben zusammengeführten Arbeitsgruppen aus der Chemie, der Physik und der Elektrotechnik untersuchten alle Teilaspekte auf dem Weg zur organischen Dünnschichtlaserdiode. Dazu gehören die Synthese und Charakterisierung der organischen Materialien und die Entwicklung des Designs für das...

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Die am Braunschweiger Forschungsflughafen ansässige Firma Flight Calibration Service (FCS) GmbH führt im Auftrag der Deutschen Flugsicherung GmbH die Flugvermessung aller Ortungs- und Navigationsanlagen der Luftfahrt durch. Bestandteil einer solchen Messung ist jeweils auch die Bestimmung der Feldstärke, die von bodengebundenen Sendern der Instrumentenlandeflugsysteme an zivilen und militärischen Flughäfen erzeugt werden. Mit Hilfe einer von der PTB entwickelten Messtechnik wurde auf einer 400 m2großen mobilen Groundplane (reflektierendes, metallisches Gewebe) durch eine Bodenmessung ein von der EADS Bremen generiertes Rechenmodell der Flugzeugantennen validiert.


Bild 1: Messtechnische Validierung der Antennenrichtdiagramme am Messflugzeug der Flight Calibration Service GmbH am Braunschweiger Forschungsflughafen

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Ein gezielt manipulierbares Zweizustands-Quantensystem wird als Quantenbit (Qubit) bezeichnet und erlaubt neben der Untersuchung makroskopischer Quanteneffekte auch den Bau von Quantencomputern. Die Schaltung zum Nachweis von Ladungs-Phasen Qubits besteht aus einer supraleitenden Schleife, die durch zwei Josephson-Kontakte mit einer dazwischen liegenden kleinen Insel, den so genannten Bloch-Transistor, unterbrochen wird. Mit Hilfe einer Steuerelektrode kann die Ladung der Insel manipuliert werden, und durch ein äußeres Magnetfeld kann die Phase der quantenmechanischen Wellenfunktion beeinflusst werden. Vervollständigt wird das Ganze durch einen an die genannte Schleife induktiv angekoppelten HF-Resonanzkreis.

Zur Unterdrückung magnetischer Störfelder wird die supraleitende Schleife in Form eines Gradiometers ausgeführt. Die komplette Qubit-Struktur wird in Niob-Dünnschichttechnik realisiert. Elektronenstrahllithographie und reaktive...

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Alle Bundes- und Ländermessstellen der Bundesrepublik Deutschland, die sich mit Messungen gepulster Signale im Rahmen des Arbeits- und Immissionsschutzes bei elektromagnetischen Feldern beschäftigen, haben im Frühjahr an einem in der PTB organisierten Workshop teilgenommen. Neben der theoretischen Wissensvermittlung standen vor allem fachliche Diskussionen sowie ein Erfahrungsaustausch auf dem Programm.

Im Herbst folgte der praktische Teil, der bei Prof. Pauli, Universität der Bundeswehr, München, stattfand. Die Teilnehmer haben ihre theoretischen Kenntnisse in praktischen Übungen trainieren können, bevor die verschiedenen Messteams an mehreren Stationen ihre Vergleichsmessungen ausführten.

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An der PTB wurden bereits eine Reihe von Messungen von Josephson-Kontakten in Niob-Technologie mit dem Hochfrequenz-Ausleseverfahren für die Impedanz von Josephson-Kontakten nach Rifkin und Deaver, Jr. durchgeführt. Es konnte gezeigt werden, dass im Gegensatz zu bisherigen Experimenten die kleinen Josephson-Kontakte bei DC-Messungen nicht nur einen sehr geringen Leckstrom im Sub-Gap-Bereich aufweisen, sondern dass auch die aus der Phasenmodulation ermittelten kritischen Ströme in der Größenordnung der Ambegaokar-Baratoff-Werte liegen. Unsere Messungen umfassen sowohl Untersuchungen von Einzelkontakten wie auch von Doppelkontakten, sogenannten Bloch-Transistoren, bei tiefen Temperaturen bis 20 mK. Im Experiment werden die Resonanz-Kurven bzw. die Fluss-Modulations-Kurven ausgewertet. Bild 1 zeigt eine typische Resonanzkurve eines untersuchten Bloch-Transistors. Man erkennt eine bezogen auf die Frequenz des Resonanzkreises asymmetrische...

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Die Rapid Single Flux Quantum (RSFQ)-Logik wird als viel versprechender Bestandteil von Josephson-Schaltungen zur Quanteninformationsverarbeitung angesehen. Auf der Basis überdämpfter Josephsonelemente eignen sich RSFQ-Schaltungen grundsätzlich für effiziente Kontrolle und Auslesen von Quanten-Bit (Qubit) Zuständen. Dabei sind geeignete Werte der Überdämpfung der Kontakte durch extern geführte normalleitende Widerstandsshunts gezielt einzustellen. In einem solchen Falle besteht Kopplung zwischen der RSFQ-Schaltung und dem Qubit derart, dass eine aktive Schaltungsumgebung gebildet wird, die wie ein klassischer kryogener Computer operiert. Jedoch erzeugen die Shuntwiderstände der Josephsonelemente Stromfluktuationen, die zu signifikanter Dekohärenz des Qubits beitragen, selbst im passiven (supraleitenden) Zustand der Josephsonelemente. Ein Erfolg versprechendes Verfahren zur Reduzierung dieser Fluktuationen, und damit zur Erhöhung der...

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Durch die zunehmende Miniaturisierung magnetischer Systeme und Bauelemente entsteht derzeit ein wachsendes Interesse an geeigneten magnetischen Messtechniken: Für die detaillierte Charakterisierung von strukturierten magnetischen Medien mit Submikrometerstrukturen muss eine Auflösung im Nanometerbereich erreicht werden. Andererseits erlaubt nur ein großer Abbildungsbereich Aussagen über Ensembles von Strukturen, z. B. zur Charakterisierung der Homogenität der Ensembles und der zugrunde liegenden Fertigungstoleranzen. Weiterhin erfordert ein detaillierter Vergleich von Proben die quantitative Messung von Streufeld- und Magnetisierungswerten. Um alle diese Anforderungen zu erfüllen, wird in Zusammenarbeit mit der Universität Göttingen ein Verfahren entwickelt, das auf einer Kombination von magneto-optischer- (MO-) und Magnetkraftmikroskopie (MFM) basiert. Die MO-Mikroskopie ermöglicht eine quantitative Streufeldmessung...

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Im zweiten durchgeführten "Diskussionsforum Antennen" mit internationaler Beteiligung wurde in diesem Jahr schwerpunktmäßig die rückgeführte Kalibrierung von EMV-Messantennen diskutiert, die für die Messungen der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) von technischen Geräten benötigt wird.

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Der Einzel-Elektronen-Transport durch einen Nano-Kanal mit Hilfe akusto-elektrischer Wellen wurde in den letzten Jahren intensiv untersucht mit dem Ziel, ihn als Quantenstandard für die Einheit ’Ampere’ nutzbar zu machen. Als Kernproblem auf dem Weg dorthin wurde die zu hohe Temperatur sowohl des Kristallgitters, in dem die Elektronen sich bewegen, als auch des Elektronenensembles selbst erkannt. Die Überhitzung des Elektronenensembles kommt dadurch zustande, dass man mit sehr hohen akustischen Leistungen arbeiten muss, um die Elektronen über eine Potentialbarriere im elektrisch blockierten Kanal zu transportieren. Die Elektronen nehmen dabei Überschussenergie auf, die in Wärme umgesetzt wird.

Wir konnten nun erstmals nachweisen, dass auch bei kleinen akustischen Leistungen ein quantisierter Elektronentransport möglich ist, wenn ein fast offener Kanal benutzt wird. Für diesen Nachweis nutzten wir die elektronischen Eigenschaften des...

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