高達(dá)80伏、可編程的約瑟夫森電壓標(biāo)準(zhǔn)
來(lái)源：PTB新聞
主要適用于以下領(lǐng)域：
可編程約瑟夫森電壓標(biāo)準(zhǔn)指的是由具有幾千個(gè)約瑟夫森結(jié)的串聯(lián)陣列組成的電量子標(biāo)準(zhǔn)。它們通常能產(chǎn)生具有基本準(zhǔn)確度高達(dá)10伏的電壓，并被國(guó)家計(jì)量院用來(lái)實(shí)現(xiàn)電壓?jiǎn)挝?。目前，PTB成功地用約瑟夫森電壓標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)了世界上第一個(gè)高達(dá)80伏的輸出電壓。
圖示：安裝在樣品架上的兩個(gè)20伏約瑟夫森陣列。另外兩個(gè)陣列被安裝在下方。
海德堡的馬克斯·普朗克核物理研究所（MPIK）在進(jìn)行原子物理學(xué)基礎(chǔ)研究實(shí)驗(yàn)時(shí)，其需求激發(fā)了該標(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)發(fā)。潘寧阱使用磁場(chǎng)和靜電場(chǎng)來(lái)儲(chǔ)存離子，需要超穩(wěn)定、低噪音的電壓源。研究人員使用MPIK的PENTATRAP質(zhì)譜儀來(lái)確定長(zhǎng)壽命、高電荷重離子的質(zhì)量比。PENTATRAP中的五個(gè)潘寧阱使用了內(nèi)部開(kāi)發(fā)的高達(dá)90伏的高穩(wěn)定常規(guī)電壓源。盡管它的時(shí)間穩(wěn)定性很高，但該電壓源將可達(dá)到的相對(duì)測(cè)量不確定度限制在了大約10-11。為了進(jìn)一步改進(jìn)，MPIK和PTB正在合作開(kāi)發(fā)一個(gè)基于約瑟夫森電壓標(biāo)準(zhǔn)的高穩(wěn)定量子電壓源。約瑟夫森電壓標(biāo)準(zhǔn)的普遍基準(zhǔn)是10伏，而隨著輸出電壓需要的增加，小型系統(tǒng)中連接的陣列就會(huì)面臨特殊的挑戰(zhàn)，這種系統(tǒng)包含了陣列所需的微波和電流。PTB通過(guò)串聯(lián)四個(gè)20伏的約瑟夫森陣列，現(xiàn)已成功地產(chǎn)生了約80伏的輸出電壓。這一電壓水平代表了約瑟夫森電壓標(biāo)準(zhǔn)的世界紀(jì)錄。驗(yàn)證系統(tǒng)的第一批研究中，PTB對(duì)兩組串聯(lián)運(yùn)行的兩個(gè)陣列進(jìn)行了相互比對(duì)，并確定了優(yōu)于10-9的相對(duì)一致性。PENTATRAP實(shí)驗(yàn)的初步測(cè)試中，在大約22伏的電壓下，約瑟夫森電壓源將時(shí)間穩(wěn)定性提高了三倍。PTB還計(jì)劃將電壓水平提高到80伏。此外，研究人員目前正在開(kāi)發(fā)一個(gè)電子偏置源，可以在整個(gè)電壓范圍內(nèi)對(duì)輸出電壓進(jìn)行可編程的簡(jiǎn)單調(diào)整。
