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Josephson-Impedanzmessbrücken

10.12.2010

Es wurde eine neuartige Josephson-Impedanzmessbrücke mit zwei binär geteilten, programmierbaren Josephson-Schaltungen aufgebaut, die bei gleicher Messunsicherheit flexibler ist als konventionelle Impedanzmessbrücken.
Die Spannungsamplitude der beiden Josephson-Schaltungen lässt sich einfach über ihre Mikrowellenfrequenz variieren und die Phasenlage der synthetisierten Spannungen über eine Verzögerungselektronik mit einer Auflösung von 10 ps einstellen. Diese Flexibilität ermöglicht es, Impedanzverhältnisse über einen wesentlich größeren Frequenzbereich zu messen, als es konventionelle Impedanzmessbrücken erlauben. Dies wurde in einer 2-Tor-Anordnung für ein 1:1 Verhältnis von 10 k
Ω Widerständen in hervorragender Weise demonstriert (Abb. 1). Mit der neuen Josephson Impedanzmessbrücke wurde das Widerstandsverhältnis über den Frequenzbereich von 25 Hz bis 10 kHz mit einer Messunsicherheit (k=1) von etwa 2 x 10-8 gemessen.
Auch eine Erweiterung der Josephson-Impedanzbrücke für 4-Tor-Messungen hat bereits viel versprechende erste Ergebnisse geliefert. Neben verbesserten Messunsicherheiten im Bereich einiger 10-9 sollten auch Kalibrierungen beliebiger Impedanzverhältnisse für beliebige Phasenlagen möglich sein.

Abbildung 1: Widerstandsverhältnismessung mit der neuen 2-Tor-Josephson-Impedanzmessbrücke ( [] ) und mit einer konventionellen 2-Tor-Impedanzmessbrücke zum Vergleich (Δ). Die gestrichelte Linie dient zur Orientierung.
(Nach J. Lee et al, Metrologia,47, 453-459)

 

 

 

Ansprechpartner: Luis Palafox
Fachbereich 2.6:  Elektrische Quantenmetrologie