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PTB-News

Das wissenschaftliche Nachrichtenblatt berichtet dreimal im Jahr über Neues aus dem vielfältigen Spektrum der PTB – entweder hier im Web oder als kostenlose Print-Ausgabe oder als Newsletter per E-Mail.

Videos zu ausgewählten Beiträgen der PTB-News finden Sie auch auf unserem Opens external link in new windowYouTube-Kanal unter "Opens external link in new windowNachrichten aus den Laboratorien".

PTB-News 3.2020 - Forschungsnachrichten

Hardwarekomponenten eines Open-Source-Niedrigfeld-MR-Tomografen: Pulsgenerator, Hochfrequenzverstärker, Sende-/Empfangsumschalter mit Empfangsvorverstärker, Anregungsspule, Gradientenverstärker, x-, y- und z-Gradientenspulen für die räumliche Kodierung und MR-Magnete mit Einsätzen zur Feldhomogenisierung. Ein Kopfphantom dient zur Veranschaulichung der Dimensionen. Die Baupläne werden für alle frei zugänglich veröffentlicht und zur nicht-exklusiven (auch kommerziellen) Nutzung freigegeben.

Im Rahmen einer internationalen Kooperation arbeitet die PTB an der Entwicklung von kostengünstigen Magnetresonanztomografen (MRT) mit Veröffentlichung aller technologischen Details als Open-Source-Hardware (OSH). Mit solchen OSH-MRTs konnten nun erste Aufnahmen gemacht werden.

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Schematische Darstellung der Floureszenzanregung einer Nanostruktur, die aus Atomen, verschiedener Elemente (A, B, C) zusammengesetzt ist. Bei Anregung mit einem Röntgenstrahl (E<sub>0</sub>) wird jeweils charakteristische Fluoreszenzstrahlung (E<sub>1</sub>, E<sub>2</sub>) emittiert.

In der PTB wurden Methoden zur elementspezifischen Rekonstruktion von periodisch nanostrukturierten Oberflächen optimiert, die für die Herstellung hochmoderner integrierter Schaltkreise verwendet werden. Durch die neuartige Analyse der Röntgenfluoreszenzstrahlung wird es möglich, die räumliche Verteilung von verschiedenen Atomen innerhalb der Nanostrukturen zu bestimmen.

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Berkovich-Spitze auf einem Silizium-AFM-Cantilever (großes Bild) zusammen mit den Idealabmessungen einer Berkovich-Spitze (oben links) und einer Seitenansicht der gefertigten Spitze (oben rechts). Der Öffnungswinkel beträgt (143 ± 0,5)<sup>o</sup>, was gut mit der Spitzendefinition der ISO-Norm übereinstimmt. Die effektive Spitzenhöhe <em>h</m> beträgt ca. 1&nbsp;μm und ist damit ausreichend für oberflächennahe, mechanische Messungen, z. B. zur Bestimmung des eindringtiefenabhängigen elektromechanischen Verhaltens nanoskaliger Halbleitermaterialien.

Der neuartige Picoindenter aus der PTB, der die Spitze eines Rasterkraftmikroskops (AFM) als Eindringkörper verwendet, um Nanomaterialien dimensionell und mechanisch zu charakterisieren, wurde jetzt entscheidend erweitert: Im „Laboratory for Emerging Nanometrology“ (LENA) wurden mithilfe eines fokussierten Ionenstrahls (FIB) pyramidenförmige Berkovich-Spitzen auf AFM-Cantilevern hergestellt, die...

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Schematische Darstellung der Molekül-basierten Einzelphotonenquelle für Anwendungen in der Quantenradiometrie, z. B. für die Kalibrierung eines Einzelphotonendetektors (1, SPAD) über einen Referenz-Detektor (2, analog). Der Wert von g<sup>(2)</sup>(0) = 0,08 bedeutet eine sehr niedrige Wahrscheinlichkeit, dass zwei Photonen gleichzeitig emittiert werden. DBT: Dibenzoterrylen.

Einzelphotonenquellen sind sogenannte nicht-klassische Lichtquellen. Anders als Laser oder Glühlampen senden sie das Licht nur als einzelne Quanten (Photonen) aus. Anwendungen dafür finden sich in vielen Bereichen der Quantentechnologie, z. B. in der Quanten-basierten Bildgebung, im Quantencomputing, in der Quantenschlüsselverteilung und in quantenverstärkten optischen Messungen. Außerdem sind sie...

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Schematisches Schaltbild (stark vereinfacht) einer Josephson-Impedanzmessbrücke kombiniert mit einem Quanten-Hall-Referenzwiderstand (QHR). Der Messstrom wird von zwei Stromquellen (links und rechts) eingespeist, die Spannungsmessung erfolgt quantenbasiert über zwei pulsgetriebene Josephson-Spannungsnormale (U<sub>1</sub> und U<sub>2</sub>). Nach Abgleich der Messbrücke durch Justierung der Spannungsverhältnisse und Phasenwinkel ist die durch den Detektor gemessene Spannung Null und damit das Verhältnis der Impedanzen des Prüflings (Z<sub>DUT</sub>) und des Quanten-Hall-Impedanznormals (Z<sub>QHR</sub>) gleich dem sehr genau bekannten Verhältnis der beiden Brückenspannungen U<sub>1</sub> und U<sub>2</sub>.

Die PTB untersucht im Rahmen eines europäischen Metrologieforschungsprojekts die Nutzbarkeit neuartiger Quanten-Hall-Widerstandsnormale 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, zum...

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Übersicht über die Inhalte der Datenbank. Jeder Eintrag entspricht einer Zeile in der Tabelle in zeitlicher Reihenfolge von oben nach unten. Schwarze Pixel zeigen vorhandene Werte an, fehlende Werte bleiben weiß.

Eine in der PTB entwickelte Datenbank liefert mehr als 20 000 EKG-Aufnahmen, maschinenlesbare Befunde und Anmerkungen von Kardiologen. Sie wurde vor allem für die Entwicklung maschineller Lernverfahren aufbereitet und ist zu deren besseren Vergleichbarkeit in Trainings- und Testabschnitte organisiert. Die Datenbank mit Namen PTB-XL ist bei PhysioNet öffentlich verfügbar.

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PTB-News 3.2020 - Technologietransfer

Der optische Inspektionskanal (gelb) ermöglicht die Detektion der Höhe eines Flüssigkeitsspiegels, der sich am vertikalen Hubkolben (grau) ausbildet.

Zur Kalibrierung kleinster Durchflüsse (< 0,1 ml/min) wird in der PTB derzeit ein Kolbensystem zur volumetrischen Durchflussbestimmung aufgebaut, bei dem oberhalb der Dichtung des vertikal verfahrenen Kolbens eine Flüssigkeit mit geringem Dampfdruck eingebracht werden kann. Die bei diesem Messprozess üblicherweise entstehenden Unsicherheiten durch thermische Einträge werden minimiert. Ein...

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Sende- und Empfangsantenne zukünftiger Kommunikationssysteme im Millimeterwellen- und Terahertzfrequenzbereich müssen zielgerichtet aufeinander ausgerichtet werden, um miteinander kommunizieren zu können. Ein neues Konzept aus der PTB sieht vor, zwei orthogonal zueinander ausgerichtete Drehfunkfeuer aus der terrestrischen Funknavigation zu kombinieren und für diesen neuen Anwendungsbereich zu...

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Die beiden faserbasierten Punktlichtquellen befinden sich auf dem bewegten Objekt. Der Bildsensor registriert das Interferenzmuster, dessen Orientierung den Rollwinkel angibt.

Die PTB hat ein kostengünstiges Verfahren entwickelt, um den Rollwinkel bei hochpräzisen Linearverstellern in der optischen Messtechnik oder der industriellen Fertigung besonders einfach zu messen. Es besteht aus nur zwei Single-Mode-Glasfasern sowie einem herkömmlichen Bildsensor und benötigt keine zusätzliche Optik. Die zwei fest zueinander positionierten Enden der Glasfasern befinden sich auf...

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PTB-News 3.2020 - Verschiedenes

Auszeichnungen

Fabian Wolf

Der Mitarbeiter des QUEST-Institutes an der PTB wurde mit dem „Carl Zeiss Award for Young Researchers“ ausgezeichnet. Damit ehrt der Ernst-Abbe- Fonds im Stifterverband für die Deutsche Wissenschaft Wolfs Arbeit zu quantenverstärkten Messungen mit Fock-Zuständen der Bewegung von gefangenen Ionen.

Holger Großhans

Der Mitarbeiter des Fachbereichs 3.5 „Explosionsschutz in der...

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Dr.-Ing. Prof. h.c. Frank Härtig ist neuer Vizepräsident der PTB. Er löst damit Hon.-Prof. Dr. Roman Schwartz ab, der das Amt sechs Jahre lang innehatte. 

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Ein Forschungsverbund aus Leibniz Universität Hannover (LUH), TU Braunschweig, TU Clausthal, Jade Hochschule Wilhelmshaven und PTB wird vom Land Niedersachsen seit Juli 2020 für zunächst fünfzehn Monate beim Aufbau eines Innovationslabors für Wasserstofftechnologie unterstützt. Damit sollen in enger Zusammenarbeit von Hochschulen, Forschungseinrichtungen und Praxispartnern anwendungsnahe und...

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Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) verlängert die Förderung des Sonderforschungsbereichs „Designte Quantenzustände der Materie (DQ-mat) – Herstellung, Manipulation und Detektion für metrologische Anwendungen und Tests fundamentaler Physik“ der Leibniz Universität Hannover und der PTB für weitere vier Jahre mit rund 9,2 Millionen Euro. In dem Sonderforschungsbereich geht es um die...

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Bereits jetzt sind große europäische Forschungszentren über ein Glasfaser-Netzwerk verbunden, in das hochgenaue Atomuhren Laserlicht einspeisen. (Abb.: Stefan Schröder/Uni Bonn)

Ein Konsortium aus europäischen nationalen Metrologieinstituten, der Universität Bonn und hochspezialisierten Firmen soll unter dem Namen „Clock Optical Network Services – Design Study“ (CLONETS-DS) ab dem 1. Oktober eine Designstudie für ein zukünftiges Netzwerk zur Verteilung hochgenauer optischer Frequenzen und Zeitsignale entwickeln. So sollen der Wissenschaft künftig über eine gemeinsame...

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Im Auftrag des Bundesministeriums für wirtschaftliche Zusammenarbeit und Entwicklung (BMZ) unterstützt die PTB seit rund 60 Jahren den Aufbau von Qualitätsinfrastrukturen in Schwellen- und Entwicklungsländern. Im Mai 2020 haben BMZ und PTB eine neue Vereinbarung unterzeichnet, die den Auftrag der PTB deutlich ausbaut. Das Volumen für den Aufbau von Qualitätsinfrastruktur in Kooperationsländern der...

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