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,...

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...

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...

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...

PTB has developed a new technique for the simultaneous generation and detection of ultrashort voltage pulses with laser pulses of one wavelength and in the same material. The voltage pulses are generated by exciting band-tail states of a semiconductor material and detected non-invasively by employing the electro-optic effect of the semiconductor. The novel method considerably enhances previous...

Magnetic nanoparticles (MNPs) with a size below a material-dependent critical value are found to be single domain particles. They can be modelled as magnetic point dipoles with a macrospin. In ensembles of magnetic nanoparticles the dipolar interaction can cause collective effects. In the department Semiconductor Physics and Magnetism we investigated two dimensional assemblies of nanoparticles,...

PTB has made significant progress with single-electron tunneling circuits towards the realization a quantum standard for capacitance. These circuits allow counting of single electrons, transferring them in a controlled manner, and storing them on the electrodes of a capacitor. The target experiment, the so-called “Electron Counting Capacitance Standard” (ECCS), ultimately allows to investigate...

The ac quantum Hall resistance show a frequency- and current-dependence which is known for a long time but nevertheless was not understood. Now, three different loss mechanisms have been identified and eliminated. The main mechanism is dissipation of capacitive currents in the two-dimensional electron gas, and these currents can be eliminated by means of voltage-controlled gates. Another...

Synthesizing Josephson stepwise approximated sine waves to produce an AC quantum standard is limited by errors in the waveform transitions between quantized voltages. Many parameters have an impact on the shape of the transients. A simple model with a single equivalent time constant can be used to evaluate the influence of these parameters. Measurements of the transients allow to establish the...

Aufgrund des zunehmenden Bedarfs an freier Bandbreite wird in letzter Zeit vermehrt über kurzreichweitige Kommunikationssysteme bei Frequenzen von 300 GHz und darüber hinaus nachgedacht. In diesem so genannten Terahertz-Frequenzbereich ist es äußerst schwierig, genügend Sendeleistung zu erzeugen und zu übertragen. Er wird daher bislang kaum genutzt, auch nicht für Anwendungen außerhalb der...

The planar thermal converters developed at PTB are designed to have a nominal heating power of 10 mW. The signal-to-noise ratio required for precision measurements leads to a minimum heating power of about 100 µW. Therefore the dynamic range of the power is about 100:1, while the dynamic range of the voltage or current at the heater becomes about 10:1. Theoretically the heater resistance can be...

In collaboration of Working Group 8.42 (Data analysis and measurement uncertainty) and Working Group 2.22 (High-Frequency Measuring Techniques) a novel math-based procedure for the high-accuracy calibration of vector network analyzers (VNAs) has been evaluated. The procedure is based on a single VNA measurement employing a high precision airline. From this measurement, the error characteristics of...

Zur Beantwortung dieser Frage betreibt die PTB seit Anfang 2008 einen Messplatz für leitungsgeführte Störungen. Die Untersuchungen stützen sich auf die Normen
DIN EN 62052 11, DIN EN 62053 11/21/22 und die DIN EN 50 470 Teil 1 und Teil 3.

Mit den Komponenten des Messplatzes, z.B. einer Komponente zur Erzeugung elektrostatischer Ladungen, lassen sich visuell die Einflüsse solcher Entladungen an der...

Periodische Wechselspannungen werden üblicherweise bei Frequenzen bis etwa 400 Hz mit einem hoch auflösenden Abtastvoltmeter im Vollausschlag und mit relativen Unsicherheiten von 5^.10^-7kalibriert. Kompensiert man eine solche zu messende Wechselspannung mit einer programmierbaren Josephson-Spannung, können die resultieren Differenzspannungen mit dem gleichen Abtastvoltmeter, allerdings mit höherer...

Zur Eichung von Elektrizitätszählern in den staatlich anerkannten Prüfstellen werden seit geraumer Zeit Trennstromwandler (ICT) als Bestandteil einer Zählerprüfstation eingesetzt. Eine Zählerprüfstation ist derart aufgebaut, dass gleichzeitig zehn oder mehr Zähler geprüft werden. Daher wird eine galvanische Entkopplung notwendig, weil moderne Elektrizitätszähler eine Verbindung zwischen dem Strom-...

Single-electron devices are based on electric circuits with ultra-small electrical tunnelling contacts. They allow the controlled transfer of single charge quanta and their detection. This enables the investigation of fundamental questions in quantum metrology. At PTB we now achieved to transfer very small charge "packets", comprising a well-defined number of few electrons, between metallic...

Highly precise quantized resistance values are nowadays reproduced by means of the Quantum-Hall Effect (QHE) in two-dimensional conducting layers (2DEG) made from semiconductor heterostructures. The new kind of semiconductor structures fabricated at PTB consist of even two conducting layers stacked on top of each other, both having equal electrical properties. Such optimized double-2DEG structures...

In order to realize the electrical units of voltage, resistance and current with highest accuracy quantum effects in nano-circuits are nowadays used. Important prerequisites are extremely pure semiconductor layers where high-mobile electrons move through the crystal without collision with residual impurities. To be prepared for future developments in quantum metrology PTB has set up a new...

An experiment carried out at the Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) has realized spin torque switching of a nanomagnet as fast as the fundamental speed limit allows. Using this so-called ballistic switching future non-volatile magnetic memories could operate as fast as the fastest volatile memories. The experiments are described in the current issue of Physical Review Letters.
Fast memory...