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Röntgenoptik

Arbeitsgruppe 4.25

Profil

Die Arbeitsgruppe verwendet den Gitterparameter hochreiner Siliziumkristalle und zukünftig auch einzelne Röntgenwellenlängen als Längenstandards in der Nanometrologie. Dazu werden zahlreiche Kristalldiffraktometer und Röntgeninterferometer eingesetzt und eine umfangreiche Fertigungskapazität für Kristallbauteile bereitgestellt.

Aktuell steht die Mitarbeit am Avogadro-Projekt, das auf isotopenangereichertem Silizium basiert, im Mittelpunkt der experimentellen Aktivitäten.

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Forschung/Entwicklung

Mit nahezu perfekten Kristallen - wie z. B. Silizium, Germanium oder Saphir - und daraus gefertigten Röntgeninterferometern kann man Messsysteme verwirklichen, die den extremen Genauigkeitsanforderungen genügen, die in Wissenschaft und Technik an Längenmessungen in der Nanometrologie gestellt werden. Die Messunsicherheiten solcher Systeme sind nicht größer als der millionste Teil eines atomaren Abstandes.

Die atomare Längenskale ist mit hoher Genauigkeit durch metrologische Grundlagen-Experimente (z. B. mit Röntgeninterferometern) von der SI - Längeneinheit abgeleitet worden. Derartige Experimente zeigen neue Wege auf, um Definitionen von Maßeinheiten, eine wesentliche Aufgabe der PTB, mit den in grundlegenden physikalischen Theorien auftretenden Naturkonstanten zu verbinden. Naturkonstanten, für deren Bestimmung der Gitterparameter von Silizium von ausschlaggebender Bedeutung ist, sind die Sommerfeldsche Feinstruktur- und die Avogadrokonstante.

Die uneingeschränkte Anwendung dieser röntgenographischen Methode in der industriellen Praxis stößt noch auf große Probleme, an deren Lösung auch im Rahmen internationaler Kooperation gearbeitet wird. Hierbei geht es unter anderem um die Erweiterung der Messbereiche der Röntgeninterferometer, sowie um bessere Bearbeitungstechnologien von Kristallen zur Herstellung komplexer Bauteile für messtechnische Zwecke.

Die Einheit der Masse wird als einzige der Basiseinheiten bis auf den heutigen Tag durch den Kilogramm-Prototyp verkörpert. Alle übrigen Basiseinheiten können auf physikalische Fundamentalkonstanten zurückgeführt werden. Die Arbeitsgruppe Röntgenoptik verfolgt daher auch die Aufgabe, eine der Voraussetzung für eine Neudefinition der Masseeinheit auf der Grundlage von Fundamentalkonstanten zu realisieren. Ein Weg dahin stellt die sehr präzise Bestimmung der Avogadrokonstanten an isotopenangereicherten hochreinen Silizium-Kristallen mit Hilfe der „Kristalldichtemethode“ dar. Dazu gehört die Bestimmung der Anzahl von Atomen in einem Einkristall der Masse 1 kg. Die Arbeitsgruppe Röntgenoptik bestimmt dafür den Gitterparameter der verwendeten Siliziumkristalle. Aus dieser Aufgabenstellung heraus leiten sich auch weitere Forschungs- und Entwicklungsarbeiten im Rahmen der Längen- und Winkelmessung atomar kleiner Größen ab.

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Dienstleistungen

Für die Industrie bietet die AG 4.25 Dienstleistungen in Form von Kristallorientierungsmessungen an Stäben und Waferscheiben an. Die weiteren Dienstleistungen des Fachbereichs und der anderen Arbeitsgruppen werden auf den jeweiligen Webseiten beschrieben.

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Informationen

Angebote für Studenten

Wie an der PTB im Allgemeinen, besteht auch in der Arbeitsgruppe 4.25 die Möglichkeit eine studentische Arbeit zu schreiben, ein Praktikum zu absolvieren oder sich als Werksstudent an der Forschung zu beteiligen. Bei Interesse an den Themen und Projekten der Arbeitsgruppe, können Sie sich zunächst Opens internal link in current windowan die zentralen Ansprechpartner wenden und dort als Wunsch die Arbeitsgruppe nennen.

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