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AC-Messungen des Quanten-Hall-Widerstands

18.02.2005

Wechselstrom-Messungen des Quanten-Hall-Widerstandes an verschiedenen Staatsinstituten zeigten in früheren Jahren zahlreiche Diskrepanzen. Im Rahmen einer Zusammenarbeit der PTB mit dem NRC (Kanada) und dem METAS (Schweiz) wurden jedoch viele dieser Diskrepanzen aufgeklärt.

Die Charakterisierung von Quanten-Hall-Effekt-Proben (QHE-Proben) erfordert Messungen des sogenannten Längswiderstandes auf der im Potential niedrigen (Low) und der im Potential hohen (High) Seite der Proben. Solche Messungen mit Gleichstrom (DC) liefern wesentliche Qualitätskriterien für zuverlässige Widerstandskalibrierungen und werden seit vielen Jahren durchgeführt.

Entsprechende Messungen sind auch für Anwendungen des QHE mit Wechselstrom (AC) notwendig. Die Messung des AC-Längswiderstandes auf der Low-Seite einer QHE-Probe ist relativ unkompliziert und gelingt schon seit längerem. Die ebenso wichtige Messung auf derHigh-Seite galt dagegen bisher als unmöglich. In der PTB ist es nun jedoch gelungen, den AC-Längswiderstand auch auf der High-Seite zu messen. Da inzwischen routinemäßig auch Messungen der AC-Kontaktwiderstände von QHE-Proben durchgeführt werden, sind nun alle diejenigen AC-Messungen möglich geworden, deren DC-Gegenstücke seit vielen Jahren Grundlage für zuverlässige DC-Messungen des Quanten-Hall-Widerstandes sind und die somit der Reproduzierung der Widerstandseinheit dienen.

Die bisherigen Messergebnisse des AC-Längswiderstandes zeigen charakteristische Unterschiede zum DC-Längswiderstand. Diese Effekte sind zwar noch nicht im Einzelnen verstanden, aber sie machen bislang unerklärte Eigenschaften der AC-Messungen des Quanten-Hall-Widerstandes verständlich. Sie bilden somit einen Schlüssel zum Verständnis des Quanten-Hall-Effektes bei Messungen mit Wechselstrom.