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Relative Messunsicherheit des Si-Gitterparameters erreicht 1 x 10-8

31.12.2006

Im Rahmen des Internationalen Avogadroprojekts war der Si-Gitterparameter 1997 im National Metrology Institute of Japan (NMIJ), 1994 im Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica (INRIM, ehemals IMGC) und 1981 in der PTB mit jeweils einem kombinierten Licht-Röntgeninterferometer bestimmt worden. Es ergaben sich Differenzen von etwa 1 . 10-7, die durch relative Vergleichsmessungen an dem Kristallmaterial auch unter Berücksichtigung der unterschiedlichen chemischen Reinheit nicht bestätigt werden konnten. Um diese Diskrepanz zwischen den absolut gemessenen Gitterparametern aufzuklären, wurden in Zusammenarbeit mit NMIJ und INRIM am Messaufbau in Turin Wiederholungsmessungen mit den Röntgeninterferometern von PTB (WASO 4.2), NMIJ (NRLM3) und INRIM (Mo*4) durchgeführt.


Röntgeninterferometer der PTB zur Bestimmung des Si Gitterparameters

Die wiederholten Justierungen der Interferometer deckten bislang unerkannte systematische Messunsicherheiten auf: Parasitäre Moden von Zweifrequenzlasern und Justierfehler durch nicht perfekte Strahlüberlagerung in den optischen Interferometern können zu Änderungen in der als Maßstab dienenden Laserwellenlänge in einer Größenordnung von 10-7 führen. Die so korrigierten Nachmessungen ergaben innerhalb weniger 10-9 denselben Wert für alle Kristalle und bestätigten den 1981 von der PTB veröffentlichten Wert für den Kristall WASO 4.2. Es wurde eine relative 1σ-Messunsicherheit von 1 . 10-8 erreicht, wobei die statistische Unsicherheit mit 0,35 . 10-8 beitrug. Den größten Beitrag verursachte die Temperaturbestimmung des Kristalls mit 0,52 . 10-8. Diese Ergebnisse sind ein wichtiger Schritt in Richtung der angestrebten Messunsicherheit von 5 . 10-9 im Falle des hochangereicherten 28Si Kristalls.