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Scientific news from division 2

Latest scientific news

Das zweijährige Treffen des Subkomittees „DC and Quantum Metrology“ im technischen Komitee „Electricity and Magnetism“ von EURAMET (TC-EM) wurde am 2. und 3. Juni dieses Jahres erstmals als Online-Veranstaltung durchgeführt. Mit mehr als 90 teilnehmenden Experten aus nationalen Metrologieinstituten Europas, Amerikas, Asiens, sowie aus Australien und Neuseeland war die Beteiligung diesmal besonders...

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Das 318. PTB-Seminar „Aktuelle Fortschritte von Kalibrierverfahren im Nieder- und Hochfrequenzbereich“ fand diesjährig am 5. Mai coronabedingt als Online-Seminar statt. Mit insgesamt 130 Teilnehmern, 90 davon PTB-extern aus den Bereichen akkreditierter Kalibrierlaboratorien und industrieller Messgerätehersteller, stieß die Veranstaltung wie bereits in den vergangenen Jahren erneut auf große...

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JAWS-Chips mit jeweils zwei in Reihe betriebenen Josephson-Schaltungen

Josephson Arbitrary Waveform Synthesizer (JAWS) können als „quantengenaue“ Generatoren (Source) und Messsysteme (Measurement Unit) für elektrische Gleich- und Wechselspannungssignale eingesetzt werden. JAWS-SMUs sind konventionellen Systemen bezüglich Messunsicherheit und -geschwindigkeit deutlich überlegen und in einem breiten Anwendungsspektrum einsetzbar, so zum Beispiel für Messungen und...

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CPW-Dämpfungsverhalten aus der verbesserten analytischen Modellierung im Vergleich einer 3D-EM-Simulation sowie konventioneller und quasi-analytischer Modellierung

Die PTB hat in Zusammenarbeit mit dem Ferdinand-Braun-Institut für Höchstfrequenztechnik (Berlin) ein erweitertes analytisches CPW-Modell entwickelt, das eine verbesserte Beschreibung der Strahlungsverluste bei sehr hohen Frequenzen ermöglicht. Die Genauigkeit des neuen Modells wurde durch elektromagnetische 3D-Simulationen validiert und mit Messungen bis 220 GHz überprüft.

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Counting statistics of an error signal recorded by a single-charge detector and Simulation of the underlying “random walks” based on this measurement signal

Manipulating individual electrons with the goal of employing quantum effects offers new possibilities and greater precision in electronics. However, these single-electron circuits are governed by the laws of quantum mechanics, meaning that deviations from error-free operation still occur – albeit (in the best possible scenario) only very rarely. Thus, insights into both the physical origin the and...

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Der erste internationale Vergleich in der ultraschnellen elektrischen Wellenformmetrologie konnte erfolgreich abgeschlossen werden. Dazu wurde die Zeit- und Frequenzantwort einer Photodiode mit einer nominellen Bandbreite von 100 GHz an vier Metrologieinstituten gemessen und miteinander verglichen. Generell wurde eine gute Übereinstimmung zwischen den unterschiedlichen Ergebnissen erreicht. Jedoch...

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Verifizierung der Kalibriermethode durch eine Dreiecksmessung

Seit mehr als 20 Jahren basiert die Rückführung von Hochohmwiderständen in der PTB auf der Kalibrierung von 1-MΩ-Widerständen mittels Kryostromkomparator. Durch den Einsatz eines neuen Kryostromkomparators mit höheren Windungszahlen und verbessertem Rauschverhalten ist es jetzt auch möglich, Widerstände bis 10 MΩ zu kalibrieren. Die Kalibrierunsicherheit verbessert sich dabei um einen Faktor fünf...

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Kalibrierteiler KT34 für die Brückennormal-Kalibrierung

Für die Kalibrierung von Brückennormalen für die Dehnungsmessstreifen-Messtechnik wurde ein neuer Kalibrierteiler für den Nennwertbereich von 20 mV/V bis 100 mV/V entwickelt. Dieser ermöglicht eine stabilere und zeitsparende Kalibrierung bei Handmessungen sowie die Verwendung des vollautomatisierten Brückennormal-Messplatzes der PTB. Für diesen Zweck wurde die Messplatz-Software erweitert und in...

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Dynamic PIM measurement being carried out on a multiband antenna

Passive intermodulation (PIM) leads to interference signals in cellular networks and can therefore degrade network quality. In the project “5G-Reallabor”, PTB is working on traceability for PIM measurements in a laboratory environment with the aim of characterizing and reducing the measurement uncertainties and, thus, of contributing to the reliable function of the cellular network.

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Skizze eines Ladevorgangs eines Elektromobils mit der Ladesäule als DUT

Für die Konformitätsbewertung von Ladeeinrichtungen im Anwendungsfall der E-Mobilität ist es unter anderem notwendig, die abgegebene Energiemenge zu bestimmen. Dieser Wert wird anschließend mit der von der Ladeeinrichtung gemessenen Menge verglichen und bewertet.

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Waferlayout der ersten Chip-Generation

Im Rahmen des Forschungsrahmenprogramms Horizon2020 wurde das Verbundvorhaben „AHEAD2020“ (Activities in the High-Energy Astrophysics Domain) gestartet. In einem Arbeitspaket von AHEAD2020 sollen in enger Kooperation mit internationalen Partnern Mikrowellen-SQUID-Multiplexer entwickelt und im Reinraumzentrum der PTB hergestellt werden. Die Multiplexschaltungen dienen zum Auslesen von...

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Rasterelektronenmikroskop-Aufnahme eines SQUIDs

Superconducting Quantum Interference Devices (SQUIDs) stellen die empfindlichsten Detektoren für Spinsysteme und magnetische Flüsse dar. Sogenannte Multi-Junction-SQUIDs bieten den Vorteil, die Beschränkung der Empfindlichkeit herkömmlicher SQUIDs auf bestimmte periodische Werte des angelegten magnetischen Feldes zu umgehen. Dies ermöglicht eine kontinuierliche Verschiebung des...

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Einfacher Schaltungsentwurf für das geplante Phasenankopplungs-Experiment zwischen Josephson- und Bloch-Oszillationen

Die Realisierung von exaktem und kontrolliertem Elementarladungstransport in supraleitenden Tunnelkontakten ist ein wichtiges Thema in der elektrischen Quantenmetrologie, da auf dieser Grundlage neuartige Quantenstromnormale realisiert werden können. In einem neuen von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Projekt werden Bloch-Oszillationen und nicht-klassische Strahlung in...

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Frequenzspektrum der synthetisierten Sinuswelle eines JAWS-Chips mit 3000 Josephson-Kontakten

Verschiedene Versionen breitbandiger On-Chip-Leistungsteiler basierend auf dem Konzept der Wilkinson-Teiler wurden entwickelt und untersucht, um das von der PTB entwickelte pulsgetriebene Josephson-Spannungsnormal (JAWS) zu optimieren und den experimentellen Aufbau zu vereinfachen. Ziel dieser Entwicklung ist es, die Bandbreite der Leistungsteiler zu erhöhen und damit eine größere Anzahl...

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Veranschaulichungen der unterschiedlichen Dotierung in Graphen auf den Siliziumkarbid-Terrassen

Bei der Entwicklung von elektrischen Quantenwiderstandsnormalen aus Graphen kommt es entscheidend darauf an, die Ladungsträgerdichte gezielt und exakt einzustellen. In einer kürzlich abgeschlossenen Untersuchung im Rahmen des von der PTB koordinierten Europäischen Metrologieforschungsprojekts „GIQS“ (Graphene Impedance Quantum Standard) konnte erstmals gezeigt werden, dass die Graphen-Dotierung...

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Einzelelektronenschaltkreis und Random-Walk“ des modellierten Fehlersignals als Funktion der Anzahl von Taktzyklen

Sowohl für die Quantenmetrologie als auch für Anwendungen im Bereich von Quantencomputern ist die Genauigkeit, mit der die Elemente eines Quantenschaltkreises manipuliert werden können, von entscheidender Bedeutung. Diese präzise zu bestimmen setzt zum einen eine robuste Modellvorstellung voraus und stellt zum anderen hohe Anforderungen an die Messapparatur.

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Frequency spectrum of the JAWS generating a 100 mV sine wave at 950 Hz

Quantum defined AC voltages from a Josephson Arbitrary Waveform Synthesizer measure precisely the fundamental tone and harmonics at the output of a commercial signal generator.

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Relative Abweichung der Signalverstärkung für unterschiedliche Messkonfigurationen in Abhängigkeit der Eingangsamplitude am ADC-Eingang

Die Abteilung „Elektrizität“ der PTB Braunschweig entwickelt derzeit gemeinsam mit der Abteilung „Temperatur und Synchrotronstrahlung“ in Berlin ein neues praktisches Rauschthermometer für metrologische und industrielle Anwendungen. Eine eigens entwickelte und optimierte Quanten-Spannungsrauschquelle, die auf dem Josephson-Effekt basiert, wurde erfolgreich für Linearitätsuntersuchungen an...

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Relative Differenz zwischen den Messwerten des AC-Quantenvoltmeters und der Kalibratorspannung von 1 Volt

AC-Quantenvoltmeter sind quantenbasierte Messsysteme, die zur Kalibrierung von Gleich- und Wechselspannungen bis 2 kHz bereits kommerziell angeboten werden. Die PTB hat jetzt ein neues sub-sampling Abtastverfahren entwickelt, welches den Frequenzbereich des AC-Quantenvoltmeters bis herauf zu 100 kHz erhöht.

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Schematisches Schaltbild einer Josephson-Impedanzmessbrücke kombiniert mit einem Quanten-Hall-Referenzwiderstand (QHR).

Die PTB untersucht im Rahmen eines europäischen Metrologieforschungsprojekts die Nutzbarkeit von neuartigen Quanten-Hall-Widerstandsnormalen auf der Materialbasis von Graphen für die Impedanzmetrologie. Die Arbeiten dienen der Entwicklung quantenbasierter Impedanzmessbrücken für vereinfachte Kalibrierungen elektrischer Wechselspannungsgrößen für den praxisnahen, flexiblen und effizienten Einsatz.

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Differenz zwischen der eingestellten Phase des JAWS-Referenzsystems und der gemessenen Phase für 100 kHz, aufgetragen über dem Spannungsverhältnis von Referenz- und Messsignal

Die Nutzbarkeit des Josephson Arbitrary Waveform Synthesizer (JAWS)- Konzepts für die Rückführung des Phasenwinkels zwischen zwei elektrischen Signalen über einen weiten Frequenzbereich wurde untersucht. Die hohe spektrale Reinheit und die hervorragende zeitliche Auflösung des Systems erlaubt es, Phasenwinkel auch bei relativ hohen Frequenzen von 100 kHz und bei Spannungsverhältnissen von bis zu...

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Planar 4x4 Patch Antenna Array with electronic beam steering capability

Within the project Gemimeg-II “Secure and Robust Calibrated Measurement Systems for the Digital Transformation” funded by the Federal Ministry for Economic Affairs and Energy (BMWi), the 13 partner institutions aim at developing reliable quality standards for communication of digital data, information and certificates. In this framework the PTB department “High Frequency and Fields” performs...

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Freifeld mit Hochspannungsgenerator und Präzisionsspannungsteiler

Zur Unterstützung des Ausbaus neuartiger DC-Hochspannungsübertragungsnetze, z.B. für die geplanten Nord-Süd-DC-Hochspannungstrassen in Deutschland, wirkt die PTB maßgeblich an der Entwicklung von messtechnischen Lösungen mit. In einem ersten Schritt wurden dazu ein 2000 kV-Gleichspannungsgenerator und ein Spannungsmessteiler entwickelt und auf dem Freifeld der PTB im Sommer 2020 erfolgreich...

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Line arrangement of the twisted pair cable

As part of an industrial cooperation, PTB recently set up a complete measurement uncertainty budget for symmetrically transmitted scattering parameters, the so-called mixed-mode scattering parameters, for the first time. This parameter is particularly relevant for differential line systems, such as those used for printed circuit boards or multi-wire transmission lines.

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Quantum Hall resistance standard in sample socket

The Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) and the Bureau International des Poids et Mesures (BIPM, based near Paris) have agreed on a scientific cooperation in the field of metrology of the quantum Hall effect. As part of this cooperation, the PTB is supplying quantum standards to the BIPM for the realization of the unit of electrical resistance, the ohm.

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New coaxial connector type 1.35 mm

As first national metrology institute worldwide PTB has set up traceable scattering parameter measurements with the new coaxial connector of type 1.35 mm. The connector covers frequencies up to 90 GHz and will be included in the next issues of the relevant IEEE and IEC standards. This is the result of a cooperation to develop a connector for E-band applications, in which PTB has been involved...

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Verbundprojekt »LamA-connect« entwickelt intelligente und BSI-konforme Steuerungs- und Abrechnungskonzepte für die Ladeinfrastruktur.
Wenn zu Spitzenzeiten viele Elektroautos gleichzeitig geladen werden, kann dies zu Netzüberlastungen führen. Im Verbundprojekt »LamA-connect« entwickelt die PTB zusammen mit insgesamt 11 Partnern unter Führung des Fraunhofer IAO Lösungen, die ein sicherheits-,...

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Lithographisch hergestellte planare Feldspule

Im Rahmen des von der PTB koordinierten Europäischen Forschungsprojekts „NanoMag“ wurden verschiedene Kalibrierverfahren zur Rückführung magnetischer Feldmessungen mit Ortsauflösung von einigen zehn Nanometern miteinander verglichen und validiert. Die Ergebnisse dieser Forschungsarbeiten wurden kürzlich in der angesehenen Fachzeitschrift „Small“ publiziert.

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