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...

Die PTB hat eine neue Technik entwickelt, die es ermöglicht, ultrakurze Spannungsimpulse mit Laserimpulsen der gleichen Wellenlänge im gleichen Material zu erzeugen und zu messen. Die Spannungsimpulse werden dabei durch Anregung von Urbach-Ausläufern unterhalb der Bandkante des Halbleitermaterials erzeugt und mittels des elektrooptischen Effekts des Halbleitermaterials detektiert. Die neue Technik...

Wenn die Partikelgröße eines ferromagnetischen Materials so klein wird, dass die Ausbildung von zwei Domänen infolge der dazwischen liegenden Wand zu energieaufwändig ist, erhält man Eindomänenpartikel. Diese lassen sich magnetisch als Punktdipole mit einem Makrospin beschreiben. In einem Ensemble kann die dipolare Wechselwirkung zu kollektiven Effekten führen. Im Fachbereich Halbleiterphysik und...

Deutliche Fortschritte wurden in der PTB bei Experimenten mit Einzelelektronen-Schaltungen erzielt, welche auf die Realisierung eines Quantennormals für die elektrische Kapazität abzielen. Diese Schaltungen ermöglichen das Abzählen einzelner Elektronen und damit deren kontrollierten Transfer und Speicherung auf den Elektroden eines Kondensators. Das Zielexperiment, der "Electron Counting...

Im Jahr 2004 fanden Forscher an der Universität Manchester und an der Columbia Universität New York unabhängig voneinander eine Methode, aus Graphit einzelne Kohlenstoff-Atomlagen abzuspalten, sie auf eine Halbleiterelektrode zu übertragen und für elektrische Messungen zu nutzen. 
Das neue Material mit dem Namen Graphen (Betonung auf der letzten Silbe) weist aufgrund seiner Bandstruktur besondere...

Der AC-Quanten-Hall-Widerstand zeigt eine schon länger bekannte Frequenz- und Stromabhängigkeit, über deren Ursachen bisher nur Vermutungen aufgestellt wurden. Nun konnten zum ersten Mal drei verschiedene Verlustmechanismen identifiziert und eliminiert werden. Der dominierende Beitrag wird durch kapazitive Ströme im zweidimensionalen Elektronengas verursacht und kann mit Hilfe von Steuerelektroden...

Die Synthese von präzisen stufenförmig synthetisierten Josephson Sinusschwingungen für ein quantenbasiertes Wechselspannungsnormal wird durch die Fehler begrenzt, die bei den Übergängen zwischen den quantisierten Spannungsplateaus auftreten. Diese Transienten werden dabei durch mehrere Parameter beeinflusst. Mit einem einfachen Modell, das die Transienten mit einer einzigen Zeitkonstante...

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...

Die in der PTB entwickelten planaren Thermokonverter sind für eine Nenn-Heizleistung von 10 mW konzipiert. Durch das für präzise Messungen erforderliche Signal-Rauschverhältnis ist die minimale Heizleistung auf etwa 100 µW festgelegt. Der Dynamikbereich der Leistung beträgt also rund 100:1, für die am Heizer anliegende Spannung bzw. die hindurch fließende Stromstärke resultiert daraus ein...

In Zusammenarbeit der Arbeitsgruppen 8.42 (Datenanalyse und Messunsicherheit) und 2.22 (Hochfrequenzmesstechnik) wurde ein neues, mathematikgestütztes Verfahren zur hochgenauen Kalibrierung von Vektornetzwerkanalysatoren (VNA) evaluiert. Das Verfahren beruht auf einer einzelnen VNA Messung mit einer Präzisions-Luftleitung. Die Fehlerkenngrößen des VNAs werden dann anhand dieser Messung über dem...

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-...

Einzelelektronen-Bauelemente basieren auf Schaltkreisen mit ultrakleinen elektrischen Tunnelkontakten. Sie ermöglichen einen kontrollierten Transfer von einzelnen Ladungsquanten in elektrischen Schaltungen sowie deren Detektion. Dies erlaubt die Untersuchung fundamentaler Fragestellungen in der Quantenmetrologie. An der PTB ist es nun gelungen, mit einer Einzelelektronen-Pumpe kleine...

Um die elektrischen Einheiten, wie Spannung, Widerstand und Stromstärke, mit höchster Präzision zu realisieren, werden heutzutage Quanteneffekte in speziellen Nano-Schaltungen eingesetzt. Ein wichtiges Ausgangsmaterial dafür sind extrem reine Halbleiterschichten, in denen sich hochbewegliche Elektronen, ohne mit Fremdatomen zusammenzustoßen, nahezu unbehindert bewegen können. Um für zukünftige...

In der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) konnte erstmals der physikalisch schnellstmögliche Schaltprozess einer magnetischen Speicherzelle realisiert werden. Mit Hilfe dieses ballistischen Schaltprozesses könnten nichtflüchtige Magnetspeicher genauso schnell arbeiten wie die schnellsten flüchtigen Speicherbauteile. Die Ergebnisse des Experiments wurden in der Zeitschrift Physical Review...

Das Pumpen einzelner Elektronen wird in der PTB im Hinblick auf ein zukünftiges Quantenstromnormal untersucht, das die elektrische Stromstärke auf die Größe der Elementarladung und auf die Frequenz zurückführt. Ein solches Quanten-Stromstärkenormal muss aber nicht nur eine geringe Unsicherheit aufweisen: Um praktische Relevanz zu haben, muss es auch Stromstärken liefern, die mindestens im...