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Stromstärke und Quanten-Widerstand

Arbeitsgruppe 2.61

Profil

Klassische, auf Elektromagnetismus beruhende Ampere-Definition  Die Einheit „Ampere“ für die elektrische Stromstärke ist die elektrische Basiseinheit im Internationalen Einheitensystem SI. Die Arbeitsgruppe verfolgt die Erforschung, Entwicklung und Optimierung von neuen Methoden und Instrumenten für die rückgeführte und höchstgenaue Messung und Erzeugung kleiner elektrischer Gleichströme in einem Stromstärkebereich von etwa 1 fA (10-15 A) bis etwa 1 µA (10-6 A). Eine besondere Rolle spielen Methoden, die mit unvergleichlich hoher Präzision und Genauigkeit auf die elektrischen Quanteneffekte für den Widerstand - den Quanten-Hall-Effekt - und die Spannung - den Josephson-Effekt - zurückgeführt werden können.
Dabei wird ausgenutzt, dass die Stromstärke mit den Größen Widerstand und Spannung über das Ohm’sche Gesetz verknüpft ist.

 

Zudem erfolgt durch die Arbeitsgruppe die Bewahrung und Weitergabe der Widerstandseinheit „Ohm“ bei Gleichstrom mit dem Quanten-Hall-Effekt.

 

Viele der Aktivitäten der Arbeitsgruppe sind in Forschungsvorhaben mit internationaler Kooperation eingebunden, zum Beispiel im Rahmen der Europäischen Metrologie-Forschungsprogramme EMRP (Joint Research Project "Qu-Ampere") und EMPIR (Joint Research Project "e-SI-Amp").

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Forschung/Entwicklung

Die F&E-Tätigkeiten der Arbeitsgruppe umfassen im Wesentlichen

Platine eines ULCAs die Entwicklung und Optimierung von neuen Methoden und Instrumenten für die rückgeführte Messung und Erzeugung kleiner elektrischer Stromstärken mit höchster Genauigkeit,

 

 

  Grundlegende Untersuchungen zum Quanten-Hall-Effekt bei Gleichstrom, auch in neuartigen Materialien, für die Bewahrung und Weitergabe der Widerstandseinheit "Ohm" und für die Entwicklung neuartiger, anwenderfreundliche Widerstandsnormale,

 

 

 Kryo Stromkomparator die Entwicklung und Optimierung von Kryo-Stromkomparatoren (engl. Cryogenic Current Comparator, CCC) für Messungen elektrischer Stromstärken und Widerstände (zurückgeführt auf den Quanten-Hall-Effekt) mit höchster Genauigkeit, sowie

 



Schematische Darstellung des Quantenmetrologischen Dreiecks Aufbau und Optimierung von Messplätzen für den Einsatz von Einzelelektronen-Schaltungen (engl. Single-Electron Transport, SET) zum Zwecke grundlegender Untersuchungen in der elektrischen Quantenmetrologie, insbesondere im Hinblick auf eine zukünftige quantenbasierte Darstellung der Stromstärkeeinheit (Ampere) sowie Realisierungen des "Quantenmetrologischen Dreiecks".

 

 

Die Arbeiten werden in enger Zusammenarbeit mit benachbarten Fachbereichen der Abteilung 2 „Elektrizität“ (PTB Braunschweig) und dem Fachbereich 7.2 der Abteilung „Temperatur und Synchrotronstrahlung“ (PTB Berlin) durchgeführt. Viele der Aktivitäten sind in Forschungsvorhaben mit internationaler Kooperation eingebunden, zum Beispiel im Rahmen der Europäischen Metrologie-Forschungsprogramme EMRP (Joint Research Project "Qu-Ampere") und EMPIR (Joint Research Project "e-SI-Amp").

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Dienstleistungen

Die Arbeitsgruppe bietet als Dienstleistungen die Kalibrierung eines "Ultrastabilen Rauscharmen Stromverstärkers" (Ultrastable Low-noise Current Amplifier, ULCA) mit Hilfe eines Kryostromkomparators an. Details zu dieser Dienstleistung sind im Katalog der Kalibrier- und Messmöglichkeiten der Abteilung 2  unter "Zusatzleistung" verzeichnet. Für nähere Auskünfte wenden Sie sich bitte an den Arbeitsgruppenleiter.

Kalibrierungen von Messeinrichtungen und –instrumenten für Gleichstromstärken im Bereich von 10 fA bis 100 A werden durch die PTB als Dienstleistung angeboten von der Arbeitsgruppe 2.11 „Gleichstrommesstechnik“ im Fachbereich 2.1 „Gleichstrom und Niederfrequenz“.


Weitere Kalibrierungen spezieller Messeinrichtungen für höhere Stromstärken werden als Dienstleistung angeboten im Fachbereich 2.3 „Elektrische Energiemesstechnik“.

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Informationen

Einführende Lektüre zu den Themen "SI-Basiseinheit Ampere", "Einzelelektronen-Pumpen" sowie "Kleine elektrische Stromstärken" bieten die folgenden Übersichtsartikel:

 

 

Weiterführende Informationen bieten die Publikationen der Arbeitsgruppe.

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