10/08/2012 - Anwendungen der Nanotechnologie und elektrischer Strom

Menéame

Forscher aus dem Vereinigten Königreich haben ein Nanogerät entwickelt, das die Art und Weise, wie der Strom heute definiert wird, radikal verändern könnte. In der Zeitschrift Nature Communications eine Studie veröffentlicht haben, die zeigt, dass die Verwendung von Wellenformen, die speziell für den Fall konzipiert sind, die Genauigkeit einer Halbleiter-Quantikum-Pumpe erhöhen kann.

Indem man Nanogeräte einsetzt, arbeitet man Wissenschaftler des britischen National Physical Laboratory und des britischen Physiklabors Universität Cambridge Sie haben präzise elektrische Ströme erzeugt. Die genannte Elektronenpumpe hat die Fähigkeit, Elektronen einzeln zu erfassen und sie dann durch eine Barriere zu bringen. Auf diese Weise wird ein genau definierter elektrischer Strom erzeugt.

Die Autoren sagen, dass dieses innovative Gerät einzigartige Elektronen manipuliert, um einen elektrischen Strom zu stimulieren. Diese Errungenschaft könnte durch ersetzen das aktuelle Ampere, die von der Messung mechanischer Kräfte an Stromleitungen abhängt.

Das Team testete die genaue Form der Spannungsimpulse, die die Aufnahme und Auswurf der Elektronen manipulieren. Seine Mitglieder konnten die gesamte Pumprate beschleunigen, ohne dabei die Genauigkeit zu verlieren, da sie die Spannung langsam änderten, während Elektronen gefangen wurden, um die Spannung während der Auswurfzeit schnell wieder zu verändern.

So konnten die Autoren fast 1 Milliarde Wähler pro SekundeSo überstiegen sie den Rekord, der vor 16 Jahren mit einer präzisen Elektronenbombe vom NIST (National Standard and Technology Institute) erzielt wurde.

Sie berechnet den Strom mit einer Genauigkeit von einem Teil pro Million, obwohl der resultierende Strom war klein, insgesamt 150 Picomampere (d.h. 10 Milliarden Mal kleiner als der Strom, der beim Kochen einer Teekanne verwendet wird). Dieser Meilenstein wird für diejenigen nützlich sein, die die genaue und schnelle Kontrolle der einzigartigen Elektronen erforschen und eine neue Definition der Ampereeinheit bewirken könnten.

Unser Gerät ähnelt einer Wasserpumpe, in der es einen Fluss aus einer zyklischen Wirkung erzeugt, erklärte einer der Autoren, Masaya Kataoka von der Gruppe für Quantenerkennung der NPL. Am schwierigsten ist es, sicherzustellen, dass in jedem Zyklus genau dieselbe elektronische Ladung transportiert wird. Die Elektronen verhalten sich in unserem Gerät ziemlich ähnlich wie das Wasser: Wenn man versucht, ein festes Wasservolumen mit einer Tasse oder einem Löffel zu fangen, muss man sich langsam bewegen, um kein Wasser zu gießen. Genau das passierte den Elektronen, wenn wir zu schnell kamen.

In Bezug auf diese Forschung berichtete Stephen Giblin, der zur gleichen Gruppe der NPL gehört,: Wir haben uns seit mehreren Jahren bemüht, das Design unseres Geräts zu optimieren, und wir haben den größten Fortschritt erzielt, wenn wir die zeitliche Abfolge anpassen. Im Grunde haben wir bei der Messung des Stroms eines einzelnen Elektrons auf einen Faktor von 300 den Präzisionsrekord geknallt.

Obwohl die Tatsache, Elektronen einzeln zu bewegen, keine Neuheit ist, sind wir in der Lage, dies mit viel mehr Geschwindigkeit und sehr hoher Zuverlässigkeit zu tun: eine Milliarde Elektronen pro Sekunde und mit weniger als einem Fehler pro Million Operationen. Die Verwendung mechanischer Kräfte zur Definition des Ampere war in den letzten 60 Jahren am logischsten, aber jetzt, wo wir die Nanotechnologie haben, um einzigartige Elektronen zu steuern, können wir uns bereits entwickeln.

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Weitere Informationen:

Nationales Labor für Physik des Vereinigten Königreichs (NPL)

Universität Cambridge

Nature Communications

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