KRISS описал графеновый эталон сопротивления: работает при 4 К и 5 Тл, сходится с GaAs до 10⁻⁹

Корейский институт стандартов и науки (KRISS) сообщил 11-го числа, что возглавил написание первой приглашённой статьи в «Нобелевской коллекции» издательства IOP Publishing, которое принадлежит Британскому институту физики, пишет biz.heraldcorp.com biz.heraldcorp.combiz.heraldcorp.combiz.heraldcorp.comОткрыть источник ↗. Статья подготовлена по официальному приглашению журнала Measurement Science and Technology (MST), которому 100 лет. Первым автором и автором для переписки стал главный научный сотрудник KRISS Че Дон Хун, соавторы — из германского PTB и шведского RISE.

Графен и квантовый эффект Холла

Графен — слой атомов углерода толщиной в один атом, расположенных в виде пчелиных сот. Его впервые выделили в 2004 году, внимание он привлёк после Нобелевской премии по физике 2010 года. По данным материала, многие применения до сих пор остаются на уровне лабораторий, а в национальных эталонах электрического сопротивления графен используется в реальных точных измерениях. Исследователи оценили это как случай, когда графеновая технология достигла высшего уровня технологической зрелости — 9.

Основа — квантовый эффект Холла, за который присуждена Нобелевская премия по физике 1985 года. При очень низкой температуре и в сильном магнитном поле электрическое сопротивление принимает фиксированные значения, что позволяет построить опорную меру сопротивления на фундаментальных константах природы.

Прежний квантовый эталон сопротивления на арсениде галлия требовал температуры не выше 2 К и поля около 10 Тл, поэтому были необходимы крупные охлаждающие установки на дорогом жидком гелии. Графеновые элементы стабильно работают примерно при 4 К и 5 Тл. Небольшой криорефрижератор, которому не нужна постоянная подача жидкого гелия, может работать круглый год biz.heraldcorp.combiz.heraldcorp.combiz.heraldcorp.comОткрыть источник ↗. В международном сравнении результаты графеновых элементов и элементов на арсениде галлия совпали с относительной неопределённостью не более одной десятимиллиардной.

Международное руководство и дальнейшие шаги

В статье рассмотрены этапы технического развития графенового квантового эталона сопротивления, результаты международной проверки и возможное будущее применение. Авторы предлагают распространить подход с сопротивления на измерение импеданса и тока и указывают на квантовый электрический эталон следующего поколения, в котором эталоны напряжения, сопротивления и тока были бы реализованы в одном устройстве.

В июне Консультативный комитет по электричеству и магнетизму (CCEM) при Международном комитете мер и весов опубликовал руководство по измерению квантового сопротивления с учётом свойств графеновых элементов. KRISS участвовал в его написании вместе с исследователями метрологических институтов 11 стран, включая NIST в США и PTB в Германии.

Результаты измерений графенового элемента, изготовленного в KRISS самостоятельно, включены в руководство как типовой пример. Работа KRISS по снижению вибраций криорефрижератора процитирована как основание для рекомендаций по эксплуатации оборудования biz.heraldcorp.combiz.heraldcorp.combiz.heraldcorp.comОткрыть источник ↗.

По словам Че Дон Хуна, международная сеть сотрудничества, выстроенная за 15 лет работы над графеновым квантовым эталоном сопротивления, привела к приглашённой статье и руководству, а Корея, поздно пришедшая в метрологию, встала вровень с передовыми странами.