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Nachrichten aus dem Jahresbericht 2015

Die Bewegung von Ladungsträgern senkrecht zu einem antreibenden elektrischen Feld – und dies ohne Magnetfeld – stellt eine der verblüffendsten Eigenschaften von Ladungsträgern in Festkörpern dar. Diese anomale Geschwindigkeit führt zu faszinierenden physikalischen Phänomenen wie dem Spin-Hall-Effekt und dem anomalen Hall-Effekt und könnte für zukünftige Anwendungen in der Spintronik und sogar für...

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Vektor-Netzwerkanalysatoren (VNA) stellen heutzutage die präzisesten kommerziell erhältlichen Hochfrequenz-Messinstrumente dar. Durch kontinuierliche Weiterentwicklungen in den letzten Jahrzenten sind VNAs bis zu Frequenzen von 1 Terahertz (1012 Hertz) einsetzbar, und es existieren komplexe Verfahren für Fehlerkorrekturen. Allerdings sind VNAs sehr teuer und benötigen mehrere...

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Magnetische Nanostrukturen – genauer: das Wechselspiel zwischen Ladung, Spin und Stromfluss in Abhängigkeit eines Temperaturgradienten bei solchen Strukturen – sind das Thema eines schnell wachsenden Forschungsgebietes namens Spin-Kaloritronik, das bereits mit einer ganzen Reihe von neu entdeckten, interessanten Effekten und vielversprechenden Anwendungen aufwarten kann. In der...

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Einzelelektronenpumpen sind aussichtsreiche Kandidaten zur Realisierung eines zukünftigen Quantenstromnormals und Gegenstand intensiver metrologischer Forschung. Unter Einsatz eines neuartigen, höchstgenauen Stromverstärkers ist es PTB-Forschern gelungen, die Quantisierung des von einer Einzelelektronenpumpe gelieferten Stromes in der Größenordnung von 100 pA bislang unerreicht genau nachzuweisen:...

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Die PTB hat mit dem Oldenburger Forschungs- und Entwicklungsinstitut für Informatik OFFIS e.V. einen Kooperationsvertrag abgeschlossen, um gemeinsam einen Beitrag zur Digitalisierung der Energiewende zu leisten. Gegenstand der Vereinbarung ist die Einführung von Datenformaten und –technologien in Deutschland, die auf dem amerikanischen Green-Button-Standard basieren.

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Am 29. April 2015 fand das von der Abteilung Elektrizität organisierte 291. PTB-Seminar "Aktuelle Fortschritte von Kalibrierverfahren im Nieder- und Hochfrequenzbereich 2015" statt. Das Seminar wendet sich an Praktiker auf dem Gebiet der elektrischen Messtechnik und bietet Gelegenheit, sich über aktuelle Entwicklungen zu informieren. Die hohe Teilnehmerzahl von 141 Interessierten belegt den großen...

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Die Energiewende erfordert einen massiven Anschluss von regenerativen Energiequellen an das Versorgungsnetz. In Deutschland werden daher zahlreiche Windenergieanlagen (WEA) on- und off-shore aufgebaut oder im Repowering-Verfahren erneuert. In Genehmigungsverfahren für WEA muss festgestellt werden, ob die WEA Einrichtungen der terrestrischen Navigation bzw. den Betrieb von Radaranlagen stören, um...

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Die Ausgangsspannung eines pulsgetriebenen AC-Josephson-Spannungsnormals konnte durch die dreifache Stapelung von Josephson-Kontakten und durch die Serienschaltung von acht Schaltungen mit insgesamt 63 000 Kontakten auf einen Effektivwert von 1 V erhöht werden. In einem Präzisionsvergleich mit einem AC-Quantenvoltmeter konnte eine exzellente Übereinstimmung von (3,5 ± 11,7) nV/V bei einer Frequenz...

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Nichtlineare Mikrowellen-Resonanzschaltungen ermöglichen mit Hilfe von Bifurkationseffekten die Detektion von sehr schwachen elektrischen Signalen. Es wurden supraleitende Mikrowellenresonatoren mit darin enthaltenen SQUIDs entwickelt und die nichtlinearen Eigenschaften der Josephson-Induktivität LJ genutzt. Durch Anregung des Resonators bei der zweifachen Resonanzfrequenz konnte der...

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Für den Einsatz bei 15mK wurde eine kombinierte Mikrowellenschaltung entwickelt, die sowohl eine Josephson-Oszillationsquelle als auch einen SET Mikrowellendetektor (engl.: Single Electron Tunneling ) enthält. Beide Schaltungsteile befinden sich auf einem Chip und sind miteinander gekoppelt. Das Ziel ist es, einen Detektor für einzelne Mikrowellenphotonen aufzubauen und zu kalibrieren, der zur...

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Einzelelektronentransistoren (SETs) sind hochempfindliche Elektrometer, die z.B. in Einzelektronenschaltungen Verwendung finden. Eine derartige Schaltung ist die selbst-referenzierte Quantenstromquelle der PTB, in der SETs zur Detektion der Fehler von Einzel-elektronenpumpen genutzt werden. Für die Integration der SETs mit Halbleiterpumpen war es notwendig, ein neues Herstellungsverfahren zu...

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Komplexe Carrier-Chips für die Flip-Chip-Kontaktierung von schnellen Photodioden wurden entworfen und im Reinraum der PTB hergestellt. Auf einem Carrier-Chip lassen sich acht Photodioden integrieren, um zwei JAWS-Schaltungen mit optisch erzeugten Pulsen zu betreiben. Die Arbeiten wurden im Rahmen des EMRP-Projekts „Q-WAVE“ in enger Kooperation mit den Projektpartnern NPL (Großbritannien) und JV...

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Für Untersuchungen von magnetischen Nanopartikeln (MNP) wurden NanoSQUIDs mit Abmessungen der Josephson-Kontakte von 90 nm x 90 nm (Typ A) und 150 nm x 150 nm (Typ B) mit einem geringen Kontaktabstand von 100 nm bzw. 60 nm hergestellt und charakterisiert. Es konnte gezeigt werden, dass die Magnetfeldresistenz mit sinkenden geometrischen Abmessungen der NanoSQUIDs zunimmt, was für die geplanten...

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Nanomagnetische Logik (NML) Schaltungen sind eine vielversprechende Alternative für das Design integrierter Logik-Schalt­kreise. Sie versprechen einen niedrigen Energieverbrauch und das dauerhafte Speichern der einmal geschriebenen Information. Bei der NML werden nano­skalige Magnetstrukturen über ihre magnetischen Felder miteinander gekoppelt und so Logikgatter realisiert. An der PTB wurde nun...

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Theoretische Berechnungen sagen voraus, dass ein Temperaturgradient in magnetischen Tunnelstrukturen zu einem sogenannten thermischen Spin-Transfer-Torque (TSTT) führt. In einem Experiment an der PTB wurde nun erstmals die Änderung der Magnetisierungsdynamik durch einen thermischen Gradienten nachgewiesen. Die gemessenen Änderungen zeigen die für TSTT zu erwartenden Charakteristika.


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Zunehmende Anforderungen von Kunden, Strommesswiderstände mit beliebigen Nennwerten mit einer erweiterten Unsicherheit von weniger als 1×10-6 zu kalibrieren, scheitern bisher an der Kurzzeitstabilität von Stromquellen, die nur bei einigen 10-6 liegt. Durch Modifikationen der bestehenden Messeinrichtung kann der Einfluss der mangelnden Stabilität stark reduziert werden.

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Das PTB Angebot für die Kalibrierung von Brückennormalen für Dehnungsmessstreifen (DMS) wurde um eine kostengünstige Substitutionsmethode erweitert. Die neue Dienstleistung ermöglicht die Abdeckung eines größeren Parameterbereiches mit deutlich erhöhter Anzahl von Kalibrierpunkten bei nur geringfügig erhöhter Messunsicherheit.

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Bedingt durch die zunehmende Arbeitsgeschwindigkeit moderner elektronischer Geräte werden zuverlässige Charakterisierungsmethoden für integrierte Schaltungen und Bauelemente bis in den Mikrowellenbereich benötigt. Bei planaren Schaltungen werden dafür in der Regel On-Wafer-Streuparametermessungen durchgeführt, deren Unsicherheiten bisher allerdings weitgehend unbekannt sind. Ziel des Projekts ist...

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Im Rahmen der Erneuerung und Weiterentwicklung von Hochspannungs-messeinrichtungen wurde ein neues Präzisionsmesssystem für hohe Wechselspannungen bis 800 kV und Frequenzen von 10 Hz bis 400 Hz entwickelt und aufgebaut. Das System basiert auf der Erfassung des Ladestroms von Hochspannungsdruckgaskondensatoren und der Konvertierung dieses Stromes in ein digitales Spannungssignal.


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Elektrisch betriebene Busse mit induktiven Ladesystemen werden derzeit vielerorts im öffentlichen Personennahverkehr erprobt. Induktive Energieübertragungsverfahren ermöglichen es, die Akkumulatoren der Busse innerhalb der üblichen Haltezeiten auf- bzw. nachzuladen.  Die dabei auftretenden magnetischen Streufelder müssen unterhalb der gesetzlichen Grenzwerte liegen, um gesundheitliche Schäden der...

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Die derzeit im Bereich der Prüfung und Kalibrierung von Normalbürden für Messwandler eingesetzte Bürdenmesseinrichtung ist vollständig modernisiert und in den Laborbetrieb überführt worden. Dazu wurde ein neuartiger mikrokontroller-geregelter Verstärker zur Prüfgrößenerzeugung mit einer Ausgangsleistung von 700 VA entwickelt.

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An der PTB wurde erstmals eine zeitlich rückgeführte Messeinrichtung erstellt, die es ermöglicht die Latenzzeiten eines modernen elektronischen Elektrizitätszählers mit integriertem Kommunikationsadapter zu bestimmen. Hierbei können sowohl die Latenzzeit der digitalen Kommunikation mit einem Smart-Meter-Gateway als auch die Latenz ermittelt werden, die beim Erfassen der analogen Eingangsgrößen am...

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Im Mai 2015 wurde das Forschungsprojekt „Microwave and terahertz metrology for homeland security (THz Security)“ erfolgreich beendet, in dem die PTB zusammen mit fünf anderen nationalen Metrologieinstituten und weiteren Partnern aus dem Bereich der Industrie und der Universitäten an der Rückführung von Messgrößen im THz-Frequenzbereich gearbeitet hat.


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