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AC-Messungen des Quanten-Hall-Widerstandes

30.12.2005

Zu Beginn der Untersuchungen des Quanten-Hall-Widerstandes mit Wechselstrom (AC) vor einigen Jahren wurden Widerstandsplateaus gemessen, die nicht nur gekrümmt waren, sondern außerdem Frequenz- und Stromabhängigkeiten aufwiesen. Zudem traten zahlreiche Diskrepanzen zwischen den Messergebnissen verschiedener Staatsinstitute auf, so dass der AC-Quanten-Hall-Effekt in dieser Form noch nicht geeignet erschien, daraus einen AC-Kapazitätsstandard abzuleiten, wie es das ursprüngliche Ziel des Projekts war.

Im Rahmen einer Zusammenarbeit mit den Metrologieinstituten NRC (Kanada) und METAS (Schweiz) wurden diese Diskrepanzen inzwischen aufgeklärt. Außerdem wurden Messbrücken entwickelt, die zum ersten Mal die präzise Messung des AC-Längswiderstandes auf beiden Seiten einer Quanten-Hall-Probe erlauben. Zusammen mit Messungen des AC-Kontaktwiderstandes können somit erstmals all jene Größen mit Wechselstrom gemessen werden, die auch im Gleichstromfall gemessen werden, um die Qualität von DC-Widerstandskalibrierungen zu beurteilen. Dabei zeigt z.B. der AC-Längswiderstand eine charakteristische, wenn auch geringe, Abweichung vom DC-Längswiderstand. Die Untersuchungen sind mittlerweile so weit gediehen, dass ein AC-Quanten-Hall-Widerstand zur Verfügung steht, der bei geeigneter Beschaltung der Quanten-Hall-Probe innerhalb einer Unsicherheit von etwa 6•10-8 (k = 2) frequenz- und stromunabhängig ist und mit dem DC-Quanten-Hall-Widerstand übereinstimmt. Auf einer internationalen Fachtagung sollen diese Ergebnisse präsentiert und Möglichkeiten für die Festlegung eines AC-Quantenstandards zur Diskussion gestellt werden.