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Elektrische Quantenmetrologie

Fachbereich 2.6

Aufgaben

Der Fachbereich „Elektrische Quantenmetrologie“

  • stellt die elektrischen Quantennormale zur Realisierung der elektrischen Grundeinheiten Stromstärke, Spannung und Widerstand bereit, welche als Grundlage für die Darstellung der elektrischen Einheiten im Internationalen Einheitensystem SI unter Rückführung auf Naturkonstanten dienen, und
  • erschließt neue quantenbasierte elektrische Messmethoden sowie -systeme und entwickelt diese weiter, insbesondere zur Schaffung nutzerfreundlicher Systeme für den Einsatz auch außerhalb von Metrologieinstituten.

Viele Arbeiten werden in enger Zusammenarbeit mit Arbeitsgruppen der Fachbereiche 2.4, 2.5 und 7.6 verfolgt, häufig auch mit externen Partnern im Rahmen von Kooperationsprojekten in nationalen und europäischen Programmen (zum Beispiel EMPIR).

Wesentliches Ziel ist die Weiterentwicklung messtechnischer Aufbauten, Methoden und Instrumente um deren komplexen und aufwändigen Betrieb zu vereinfachen. Dies kommt zum einen dienstleistungs- und kundenorientierten Bereichen in Metrologieinstituten wie der PTB (hier vor allem im Fachbereich 2.1) zugute, zum anderen wird dadurch der Einsatz von quantenbasierten Normalen auch in industriellen Kalibrierlaboratorien ermöglicht.

  • In der Arbeitsgruppe 2.61 „Stromstärke und Quanten-Widerstand“ erfolgt die Realisierung der Widerstandseinheit Ohm durch Rückführung auf den Quanten-Hall-Effekt. Forschungsschwerpunkt ist die Nutzbarmachung neuer Materialien, mit denen der Effekt unter vereinfachten Bedingungen zum Einsatz gebracht werden kann, sowie die Entwicklung von industrietauglichen Messbrücken für die Widerstandsmetrologie. Außerdem entwickelt die Arbeitsgruppe neue Methoden für die rückgeführte und höchstgenaue Messung und Erzeugung kleiner elektrischer Gleichströme und zur Realisierung des Ampere (A).
  • Die Arbeitsgruppe 2.63 „Josephson-Effekt, Spannung“ ist mit der Realisierung der Spannungseinheit Volt (V) durch Nutzung des Josephson-Effekts befasst. Integrierte Schaltungen aus Zehntausenden von supraleitenden Tunnelkontakten (Josephson-Elementen) erlauben die quantenbasierte Erzeugung von Gleichspannungen und niederfrequenten Wechselspannungen mit Amplituden bis 10 Volt. Die präzise Synthese von Wechselspannungen mit beliebigen Wellenformen bei höheren Frequenzen wird durch Schaltungen basierend auf pulsgetriebenen Josephson-Elementen ermöglicht.

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