05.12.2007
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 eliminiert werden. Ein weiterer Beitrag wurde auf Relaxationsverluste einer Adsorbatschicht auf der Oberfläche der Quanten-Hall-Probe zurückgeführt. Diese Adsorbatschicht kann durch ausreichendes Evakuieren der Probenhalterung vor dem Einbau in das Kryo-Magnet-System beseitigt werden. Die verbleibenden AC-Verluste konnten auf Polarisationsverluste im GaAs-Substrat zurückgeführt und mit einer neuen Schirmungstechnik eliminiert werden. Damit wird der
AC-Quanten-Hall-Widerstand innerhalb einer relativen Unsicherheit von weniger als 1x10-8 unabhängig von Frequenz und Strom und gleich dem DC-Wert des Quanten-Hall-Widerstandes.
Der AC-Quanten-Hall-Widerstand wurde nun als Impedanznormal angewendet und ein Satz von Kapazitätsnormalen mit Nennwerten von 10 pF bis 10 nF rückführbar auf die von-Klitzing-Konstante kalibriert. Dabei kam zum ersten Mal eine Quadraturbrücke mit zwei Quanten-Hall-Proben in einem neuen Doppelprobenhalter zum Einsatz. Die relative Unsicherheit der gesamten Kapazitätsmesskette hat noch nicht ganz das Optimum erreicht, nähert sich aber dem angestrebten Wert von 1x10-8. Damit würde ein Quantennormal der Kapazität realisiert, dessen Unsicherheit die herkömmlichen Artefakte deutlich unterschreitet.
Bild 1:
Messkette vom AC-Quanten-Hall-Widerstand zu einem 10 pF Kapazitätsnormal.