Hiljaisempi kvanttilaite mittaa sähkövirtaa – Physics World

Toistaiseksi tarkimmat jännitevärähtelymittaukset suprajohdeliitoksessa ovat tehneet Sergei Lotkhov ja kollegat Saksan liittovaltion metrologian instituutti (PTB). Ryhmän lähestymistapa voi johtaa uuden sähkövirran mittausstandardin kehittämiseen.

Taajuuksia voidaan mitata ja verrata erittäin suurella tarkkuudella, joten metrologiset järjestelmät muuntavat usein fyysiset suureet taajuuksiksi. Toistaiseksi sähkövirtojen mittaus ei kuitenkaan ole hyötynyt tästä lähestymistavasta.

Mutta nyt Lotkhovin ryhmän uusi tutkimus viittaa siihen, että taajuuspohjainen nykyinen standardi voitaisiin luoda käyttämällä Josephson-liitoksia. Nämä ovat laajalti käytettyjä kvanttilaitteita, jotka sisältävät kaksi suprajohtavaa materiaalia, jotka on erotettu toisistaan ​​ohuella eristävällä esteellä.

Jännitteen heilahtelut

Kun vakiovirta syötetään Josephson-liitokseen, elektronipareja muodostuu yhteen suprajohtimiin, jotka eivät pysty ylittämään eristävää estettä. Tämä lisää jännitettä esteen yli, kunnes se saavuttaa tason, jossa pari voi kvanttimekaanisesti tunneloida esteen poikki. Tämä tunnelointi aiheuttaa jännitteen putoamisen ja prosessi toistuu.

Tuloksena on tasainen vaihtelu risteyksen poikki jännitteessä, jota kutsutaan Bloch-värähtelyksi. Tämä tapahtuu taajuudella, joka on verrannollinen tulovirtaan, joten tämän taajuuden mittaaminen voisi tarjota erittäin tarkan tavan mitata ja vertailla virtaa – ainakin periaatteessa. Mutta käytännössä nämä värähtelyt ovat hyvin pieniä ja niiden taajuuksia on osoittautunut erittäin vaikeaksi mitata suoraan. Sen sijaan aikaisemmat tutkimukset ovat mittaaneet niitä epäsuorasti synkronoimalla värähtely ulkoisen mikroaaltolähteen kanssa.

Tässä synkronoidussa tilassa risteyksen jännite-virtakäyrässä näkyy sarja tasankoja, joita kutsutaan Shapiro-askeliksi. Nämä vaiheet tapahtuvat tietyillä virta-arvoilla, jotka ovat verrannollisia käytetyn mikroaaltosäteilyn taajuuden tarkkoihin moninkertaisiin. Tämä tarjoaa tavan mitata virtaa.

Meluongelmat

Tällaisia ​​mittauksia vaikeuttavat kuitenkin erilaiset melutyypit, joita esiintyy Josephsonin risteyksessä. Tähän mennessä tämä kohina on tehnyt Bloch-värähtelyistä sopimattomia käytettäväksi vankana virranmittausstandardina.

Sähkövastusstandardi voisi saada tarkistetun kvanttimääritelmän

Nyt Lotkhov ja kollegat ovat vähentäneet melua käyttämällä suprajohtavaa kvanttihäiriölaitetta (SQUID) mikroaaltovärähtelyjen välittämiseen. SQUID koostuu kahdesta vahvasti kytketystä Josephson-liitoksesta, ja sitä käytetään usein pienten magneettikenttien mittaamiseen. SQUID integroitiin toisen Josephson-liitoksen kanssa yhteen laitteeseen, joka oli alle 0.1 K lämpökohinan minimoimiseksi.

Tällä asetuksella tutkijat saavuttivat paljon alhaisemmat melutasot kuin aikaisemmissa mikroaaltokokeissa ja pystyivät tekemään tarkkoja mittauksia Blochin värähtelytaajuudesta. Ratkaisevaa on, että heidän havaitsemansa jännite-virta-suhde osoitti saman sarjan Shapiro-vaiheita, jotka on nähty aiemmissa tutkimuksissa. Tämä loi yhteyden virran ja Bloch-taajuuden välille.

Ryhmän tulokset ovat myös tiiviisti samaa mieltä värähtelyjen simulaatioiden kanssa. Menestyksensä jälkeen Lotkhov ja kollegat toivovat, että heidän kokeensa voisivat olla tärkeä seuraava askel kohti kestävää uutta sähkövirran mittausstandardia. Toistaiseksi he pyrkivät puuttumaan SQUIDin kvanttimittakaavaan vaihteluihin, mikä voisi auttaa heitä vähentämään melua entisestään.

Uusi mittaustekniikka on kuvattu kohdassa Fyysisen tarkastelun kirjaimet.

• SEO-pohjainen sisällön ja PR-jakelu. Vahvista jo tänään.
• PlatoData.Network Vertical Generatiivinen Ai. Vahvista itseäsi. Pääsy tästä.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Tietoa laajennettu. Pääsy tästä.
• PlatoESG. hiili, CleanTech, energia, ympäristö, Aurinko, Jätehuolto. Pääsy tästä.
• PlatonHealth. Biotekniikan ja kliinisten kokeiden älykkyys. Pääsy tästä.
• Lähde: https://physicsworld.com/a/quieter-quantum-device-measures-electrical-current/