NPL, Chalmers University of Technology en Graphensic, hebben de stabiliteit op lange termijn van de epigraphene quantum Hall-chip aangetoond, wat een belangrijke stap is om eindgebruikers in staat te stellen hun eigen weerstandsnormen te handhaven

De SI-eenheid van weerstand wordt gerealiseerd bij NPL met behulp van een quantum Hall-effectapparaat. Recent onderzoek naar grafeenapparaten heeft het mogelijk gemaakt om het quantum Hall-effect te realiseren bij zowel lagere magnetische velden als hogere temperaturen, terwijl de nauwkeurigheid van een deel per miljard nog steeds behouden blijft. De gedetailleerde bevindingen zijn gepubliceerd in een recente editie van Metrologie .

NPL ontwikkelt in samenwerking met Oxford Instruments een primaire weerstandsstandaard op tafel die zowel een grafeen-quantum Hall-effectapparaat als een cryogene stroomvergelijker in dezelfde cryostaat omvat, om een ​​compact en eenvoudig te bedienen systeem voor metrologische laboratoria te bieden.

De langdurige samenwerking tussen NPL, Chalmers University of Technology en Graphensic, heeft geleid tot een grote vooruitgang in grafeenmonsters. Epitaxiaal grafeen (epigrapheen) is gegroeid op siliciumcarbide en presteert beter bij hogere temperaturen en een lager magnetisch veld dan voorheen mogelijk was. In praktische termen, het heeft ook het moeilijke proces van fijnafstemming van de dragerdichtheid verwijderd en betekent dat het 'table-top'-systeem kan worden opgewarmd en weer afgekoeld en het plateau blijft waar het is ingesteld zonder tussenkomst van de gebruiker.

NPL, Chalmers University of Technology en het nationale metrologie-instituut van Zweden (RISE) hebben de metrologische kwaliteit en stabiliteit van dit soort apparaten tot twee jaar lang aangetoond.

JT Jansen van NPL legt het belang van dit werk uit:"Een van de ambities van kwantummetrologie is om primaire standaarden rechtstreeks aan eindgebruikers te leveren. Epitaxiaal grafeen heeft ons in staat gesteld om aanzienlijk kortere traceerbaarheidsketens en nauwkeurigere metingen te demonstreren, met een nauwkeuriger en compacter apparaat. Dit is een stapsgewijze verandering in capaciteit en een opwindende ontwikkeling."

Sergey Kubatkin van de Chalmers University of Technology legt meer uit:"Met de nieuwe definities van bepaalde eenheden binnen het International System of Units (SI) die sinds 20 mei 2019 van kracht worden, de op epigrafeen gebaseerde quantum Hall-apparaten worden gebruikt om niet alleen de elektrische eenheden te verspreiden, maar ook andere normen die gebaseerd zijn op elektrische metingen, zoals de eenheid van massa, de kilo's."

Amer Ali, CEO van Graphensic vat de ontwikkeling samen:"We hebben een aantal serieuze uitdagingen gehad in elk aspect van het maken van deze apparaten om het niveau te bereiken waar we nu zijn, commerciële apparaten kunnen aanbieden voor producten die in real-life toepassingen werken."

Ziad Melhem, Strategic Business Development Manager van Oxford Instruments NanoScience zei:"Dit is een opwindende prestatie van de partners bij het demonstreren van het succesvolle gebruik van grafeenmateriaal om een ​​nieuwe innovatieve en kant-en-klare commerciële oplossing mogelijk te maken in een compact en tafelmodel kwantumstandaardmeetsysteem voor weerstand."