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Forschungsnachrichten der Abteilung 2

Aktuelle Nachrichten

Im Rahmen eines gemeinsam vom Bureau International de Poids et Mesures (BIPM) und dem National Institute of Standards and Technology (NIST, USA) organisierten Workshops mit dem Titel "The next generation of ionization chambers for radionuclide metrology" kamen im September 2018 etwa 30 Experten aus den Bereichen Radionuklid- und Elektrizitätsmetrologie in Gaithersburg (USA) zusammen, um Optionen...

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Die Abteilung „Elektrizität“ hat eine deutschsprachige Fassung der vom Beratenden Komitee für Elektrizität und Magnetismus der Meterkonvention herausgegebenen Richtlinien für die Umsetzung des „revidierten SI“ erstellt. Die Richtlinien befassen sich mit den Auswirkungen des "revidierten SI" auf die elektrische Messtechnik und werden den Kunden der PTB zur Verfügung gestellt, um einen reibungslosen...

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Am 16. Mai 2018 fand das 311. PTB-Seminar "Aktuelle Fortschritte von Kalibrierverfahren im Nieder- und Hochfrequenzbereich" in Braunschweig statt. Das jährlich von der Abteilung Elektrizität der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt veranstaltete Seminar richtet sich mit Themen zur industriellen elektrischen Messtechnik an Kalibrierlabore und Firmen, die in diesem Bereich tätig sind.

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Ein im letzten Jahr neu installiertes Elektronenstrahl-Lithographiesystem wurde erfolgreich in die Fertigungslinie für Mikro- und Nanostrukturen integriert, die für die PTB und für Partnerinstitute im Reinraumzentrum der PTB hergestellt werden.  Ein Großteil der Herstellungsprozesse wurde bereits auf das neue Lithographiesystem portiert, und neue verbesserte Prozesse werden entwickelt.

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Ein Forscherteam der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt wurde mit dem Helmholtz-Preis 2018 in der Kategorie "Anwendung" ausgezeichnet. Dr. Dietmar Drung (Abteilung 7), Dr. Martin Götz, Eckart Pesel und Dr. Hansjörg Scherer (alle Abteilung 2) erhielten den Preis, der als renommierteste Auszeichnung in Bereich der Metrologie gilt, für bahnbrechende Verbesserungen im Bereich der rückgeführten...

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Messungen in der Umgebung von verschiedenen Typen von Flugsicherungsanlagen haben bestätigt, dass Einflüsse von Windenergieanlagen auf die Signale dieser Systeme bestehen. Dies hat ein Forschungsprojekt unter Führung der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt ergeben. Die bisher eingesetzten Messmethoden waren bisher weltweit nur bedingt geeignet, um solche Nachweise zu führen. Die Messergebnisse...

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Neuartige und erst vor wenigen Jahren entdeckte Festkörper, sogenannte ‚Topologische Isolatoren‘ (TI), sind nur an ihrer Oberfläche elektrisch leitend. In dünnen Schichten ferromagnetischer TI tritt der anomale Hall-Effekt auf, bei dem der Hall-Widerstand bereits ohne äußeres Magnetfeld quantisiert ist. Erstmals wurde dies jetzt mit einer Messunsicherheit im sub-ppm Bereich gezeigt.

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Das revidierte Internationale Einheitensystem, das SI, wird auf sieben definierenden Konstanten beruhen. Zur Darstellung der SI Einheiten auf Basis der definierenden Konstanten werden in vielen Fällen Methoden der Quantenmetrologie benutzt. Vor diesem Hintergrund hat das Bureau International de Poids et Mesures (BIPM) einen Workshop über den Einsatz von Quantentechniken in der Metrologie...

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Mittels magnetischer Tunnelkontakte ist es möglich, quantitative Temperaturmessungen mit einer Zeitauflösung im Subnanosekunden-Bereich durchzuführen. Dabei wird der Tunnelkontakt aufgrund seines temperaturabhängigen Tunnelwiderstands als kalibriertes Thermometer verwendet. Das Prinzip wurde in der PTB für die zeitaufgelöste Messung von laserinduzierten Temperaturerhöhungen demonstriert und kann...

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Beim Quanten-Hall-Effekt, einer der Säulen des "Neuen SI", wurde immer wieder mit höchster Genauigkeit überprüft, dass ein gemessener Widerstand nur von Naturkonstanten abhängt. Nun gelang dies erstmals auch in einem Material, bei dem nicht mehr Elektronen den Strom tragen, sondern ein Verbund aus magnetischen Flussquanten und Elektronen, sogenannte Komposit-Fermionen.

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Im Rahmen der Entwicklungen für Antennenmesstechnik hat der Fachbereich Hochfrequenz und Felder erfolgreich die Sensorik für Luftraumüberwachungsradare (ASR) an den Flughäfen Hannover und Wunstorf getestet. Derartige Radaranlagen sind fest installiert und lassen sich weder auf dem Antennenscanner noch auf dem Antennenfreifeld der PTB charakterisieren. Solche Anlagen müssen direkt am Aufstellort...

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Im Rahmen einer bilateralen Kooperation zwischen der PTB und einem Industriepartner werden neuartige Normalwiderstände entwickelt. Auch nach der Neudefinition des internationalen Einheitensystems (SI) werden sie benötigt, um die geringe Unsicherheit der Quantennormale weiterzugeben.

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Für die Automatisierung von Kalibrierungen, die auf Wechselspannungsverhältnisse zurückgeführt sind, wurde ein 8-dekadiger induktiver Spannungsteiler vom Typ Sullivan F.9200 mit Schrittmotoren versehen. Dieser Umbau ermöglicht automatisierte rechnergesteuerte Kalibrierungen mit kleinsten Unsicherheiten, die vorher nur mit manueller Bedienung der Stufenschalter möglich waren.

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Für den Wechselstromstärke-Gleichstromstärke-Transfer wurden neuartige Strommesswiderstände auf der Basis von SMD Komponenten entwickelt und aufgebaut. Die Ausführung als vierpolige, koaxial aufgebaute Scheibenwiderstände erlaubt die Realisierung beliebiger Widerstandswerte bei flachem Frequenzgang in Verbindung mit hervorragender Stabilität bei Gleichstrom sowie kleinem Temperaturkoeffizienten.

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Die derzeit im Bereich der Prüfung und Kalibrierung von Spannungswandlern eingesetzte Messeinrichtung "ESM II" ist seit etwa 20 Jahren erfolgreich in Betrieb. Die verwendeten Komponenten dieser Einrichtung und deren Software sind jedoch veraltet und oft nicht mehr erhältlich. Daher ist es notwendig dieses Messsystem zu modernisieren, wobei auch seine messtechnischen Eigenschaften verbessert werden...

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Präzisionsspannungsteiler werden zur Messung hoher Wechsel-, Stoß- und Gleichspannungen eingesetzt. Im Falle hoher Gleichspannung liegt der bisher in der PTB zugängliche Bereich bei ± 300 kV. Um für zukünftige Aufgaben vorbereitet zu sein, wurde ein rückführbarer modularer Präzisions-Hochspannungsteiler für den Bereich ± 800 kV aufgebaut.

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Um der u. a. durch die Elektromobilität verstärkten Nachfrage aus Industrie und Wissenschaft nach Kalibrierdienstleistungen von Leistungsmessgeräten für DC-Leistung gerecht zu werden, wurde ein entsprechender Leistungsmessplatz aufgebaut, begutachtet und als Zusatzleistung in die Liste der Dienstleistungen aufgenommen.

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In der Quanten-Informationstechnologie besteht ein Bedarf an breitbandigen Verstärkern mit extrem niedrigem Eigenrauschen. An der PTB wurde ein parametrischer Wanderwellen-Verstärker auf der Basis einer Serienschaltung von Einzelkontakt-SQUIDs entwickelt, der sich durch eine hohe Verstärkung, große Bandbreite und ein potentiell geringes Rauschen am Quantenlimit auszeichnet.

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Ein neuartiger Elektronenladungs-Turnstile-Effekt wurde durch Anregen von Hochfrequenz-Gateoszillationen an einem supraleitenden Einzelelektronentransistor demonstriert. Einzigartig beim so entwickelten 3e-Turnstile ist die Rolle des quantenmechanischen "Cooper Paar – Elektron" Kotunnelns als Haupttransport-Mechanismus, im wesentlichen Unterschied zu den bekannten Einzelelektronenpumpen.

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Die PTB entwickelt im Rahmen eines TransMeT-Projekts zusammen mit der Firma Matesy ein Kalibrierverfahren für ein magnetooptisches Visualisierungssystem für magnetische Strukturen. Dabei soll mit einer auf Faraday-Sensoren basierenden Technik eine quantitative Magnetfeldmessung mit einer Ortsauflösung von etwa 10 µm implementiert werden.

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Erstmals wurden Graphen-Schichten auf SiC-Substraten epitaktisch hergestellt, die in richtungsabhängigen Messungen nahezu gleiche Widerstandswerte für alle Kristallrichtungen liefern.  Eine verbleibende Anisotropie von ca. 3% ist auf die unvermeidlichen Terrassenstufen der Substratoberfläche zurückzuführen. Mit diesem Wert ist somit die untere Grenze für epitaktisches Graphen erreicht worden.

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Es wurden zwei Vergleiche der Kapazitätsrealisierung durchgeführt, ein EURAMET-Vergleich und ein CCEM-Hauptvergleich. Vergleiche sind ein wesentliches Instrument der Metrologie, um die Techniken und Methoden in dem jeweiligen Arbeitsgebiet zu testen und um die Äquivalenz der realisierten physikalischen Einheiten auf einem möglichst niedrigen Unsicherheitsniveau zu demonstrieren und zu bewahren, so...

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Im Rahmen des EMPIR Projekts "QuADC" wird ein Wechselspannungs-Messsystem entwickelt, das pulsgetriebene Josephson-Spannungsnormale nutzt, um Signale bis zu einer Spannung von 1 kV bei Frequenzen bis zu 1 MHz zu messen. Für die Messung von Spannungen über 1 Volt werden Spannungsteiler benötigt. Zu diesem Zweck wurde jetzt erstmals ein induktiver Spannungsteiler mit pulsgetriebenen...

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Für das Projekt "elektronisches Kelvin" wurde ein System zur Erzeugung eines quanten-genauen berechenbaren Spannungsrauschens aufgebaut, das pulsgetriebene Josephson-Spannungsnormale nutzt. Um dieses QVNS-System ("Quantum Accurate Voltage Noise Source") zu optimieren und zu charakterisieren wurden zwei solche Systeme aufgebaut, die unter Variation verschiedener Parameter gegeneinander getestet...

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Das australische NMI wurde beim Aufbau einer modernen Temperaturregelung für Kapazitäts-Transfernormale mit einer Stabilität von besser als 0,1 mK unterstützt. Diese hohe Stabilität wird für die neue Realisierung der Kapazitäts-Skala auf der Basis eines Thompson-Lampard Kreuzkondensators der 2. Generation benötigt, bei der eine Unsicherheit von wenigen nF/F angestrebt wird.

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