低磁场量子化霍尔电阻样品发展综述

基于量子化霍尔效应建立电阻标准是当今前沿计量技术,是国际上定义电阻单位的最高标准,其核心部件是量子化霍尔电阻样品,传统砷化镓样品通常需要工作在10 T以上的强磁场环境中,磁体研制难度大,成本高,不易推广应用。随着量子电阻标准小型化、低成本化和国产化的发展,研制低磁场量子化霍尔电阻样品是发展趋势。介绍了砷化镓、石墨烯和铁磁拓扑材料三种低磁场量子电阻样品的原理,总结了研究现状和存在的问题,从磁场、温度、测量不确定度和技术成熟度等方面分析了三种方法的优势及不足,旨在为我国发展低磁场量子电阻标准提供理论基础。     

基于石墨烯的量子化霍尔电阻研究综述

电阻作为重要的元器件在电气电子及其他非电领域得到了广泛应用,对其阻值进行准确溯源和量值传递至关重要。相较于实物电阻计量标准,量子化霍尔电阻标准稳定性和准确性更高。目前我国国家/国防量子化霍尔电阻计量基准是基于砷化镓-铝砷化镓异质材料制成的,其对环境温度和外磁场要求高,普通计量实验室难以复现。石墨烯材料的出现为新型量子化霍尔电阻基准/标准的研制提供了可能。本文简述了石墨烯材料的制备方法及其量子化霍尔效应,介绍了石墨烯量子化霍尔效应的国外研究现状,分析了基于石墨烯材料的量子化霍尔电阻标准在研制过程中存在的问题,旨在为我国新型量子化霍尔电阻标准的研制提供参考。     

交流量子化霍尔效应的研究与应用

电阻有频率变差,电阻在交流状态下的溯源是计量领域的难题,以往采用交直流差可计算电阻实现了交流电阻的溯源,但存在稳定性和一致性较差的问题,当前采用交流量子化霍尔效应作为交流电阻标准成为计量领域的研究热点。其中需要解决交流量子化霍尔电阻及其向实物标准电阻传递的准确度问题。本文介绍了采用分裂式屏蔽结构克服交流量子化霍尔电阻频率误差的方法,研制10-8量级高准确度四端对电桥满足交流量子电阻的传递需求,研制完全等电位屏蔽结构的交流电桥校准装置保证四端对电桥的准确度,并介绍了交流量子电阻基准的应用领域。     

PTB关于实现量子计量三角的研究

PTB量子计量三角的组成部分为量子霍尔电阻标准、约瑟夫森电压标准和一个电子计数电容标准(ECCS),而电容的校准能力在量子计量三角的建立过程中起了很重要的作用。为了计算电子个数,采用了一个被称为r电子泵的低温真空电容,其电容值为1pF的十进制整数值。目前整个设备尚未正式运行,某些部件还处于研制阶段。虽然低温电容值在循环后的重复性好于10-6,但是要使量子计量三角型的不确定度达到预期的10-7以内,30 s的电子测量的停留时间还是相对较短。此外,计算电容的校准能力和量子霍尔电阻均有所改进。     

量子霍尔效应在计量学中的应用

在强磁场和低温下测量二维电子气的霍尔效应(Hall effect)时,可以观察到量子霍尔效应现象(QHE)。该系统在极限零温度下的实验结果表明:随磁场 B 而变的霍尔电阻呈现出台阶式平稳变化。在实验的不确定度范围内,其每一台阶的平稳值与器件的材料、几何尺寸以及其它参数无关。对于理想系统,R_H 仪与基本常数有关。量子霍尔效应应用于计量学时,应对实际系统的实验结果进行必要的修正。     

量子化霍尔电阻可靠测量的技术指南

本文叙述了以量子霍尔效应来建立电阻的参考标准的主要测试方法和注意事项。这些测试方法和注意事项可确保其再现性和准确度具有10~8分之几的相对不确定度。     

基于先进量子测量技术的雷达发展动态

传统雷达方案是基于电磁波信号传输理论,通过探测空间中物体反射的电磁波回波信号,来实现目标定位及其他参数的测量。相比于传统雷达方案,量子技术框架下的量子雷达方案旨在提高雷达探测精度和反应速度,同时在抗干扰能力和反隐身功能等方面也具有更加明显的优势。该雷达发展动态研究阐述了量子技术的原理、发展及量子测量技术在雷达中的应用研究动态,着重叙述国内现有最新基于先进量子测量技术的三种量子雷达技术方案,通过案例分析其原理,为未来量子雷达的进一步发展提供可以借鉴的新思路。     

电学量子计量技术的进展与趋势

介绍了电学计量在直流电压、直流电阻量子化溯源的新进展,在交流电压、交流电阻量子化溯源的新突破,以及电学量子三角形闭合互证的新方法,并对电学量子计量技术在质量单位定义和普朗克常数测定中发挥的作用进行了描述。     

中国科学家成功实现反事实量子通信

正相比传统的通信方式,量子通信以超高的安全性成为未来通信发展的一大方向。与我们熟知的基于纠缠原理的量子通信不同,中国科学家以一种更古怪的形式——反事实通信——实现了量子通信。这种不发送粒子传输量子态的效应也被称作量子芝诺效应。量子芝诺效应发生在不稳定的量子系统被反复测量时。中国科技大学的研究人员成功在不发送任何物理粒子的情况下     

基于可编程约瑟夫森直流电压标准的量子直流纳伏电压标准研究

介绍了量子直流纳伏电压标准的基本原理、标准的组成、实现方案以及试验数据等等。量子直流纳伏电压标准基于交流约瑟夫森效应,利用可编程约瑟夫森直流电压标准的差分原理实现直流纳伏电压的产生。提出了量子直流纳伏电压标准的基本方案及改进设计方案,进一步提升了标准的性能。量子直流纳伏电压标准能够提供高准确度纳伏级量子化直流电压信号,不仅为纳伏级直流电压的精密测量提供了新的手段,还可以解决纳伏级直流电压的量值溯源难题。     

单光子探测器校准技术研究进展

随着量子信息技术的快速发展,单光子探测器作为量子保密通信等领域的核心器件,一直是行业内的研究热点之一。近年来各类新技术的应用使单光子探测器的性能得到很大提高,同时,对其测试、校准技术的研究也受到关注,尤其是基于量子物理效应的新型量子计量方案得到国内外计量机构的重视。文中对单光子探测器的工作机制和单光子探测器国内外校准技术的研究进展进行了简述,梳理了国内外基于标准探测器和相关光子对开展探测效率校准以及后脉冲概率、时间抖动参数的校准技术现状,可为相关领域研究人员提供参考,并对未来技术发展方向提出展望。     

量子电压的发展及应用

本文通过对直流电压国家副基准、可编程约瑟夫森直流电压标准、可编程量子低频电压标准、宽量程量子化电压标准、脉冲驱动型量子电压标准及便携式免液氦量子电压标准的描述，主要介绍了我国量子电压副基准的历史、现状、今后的发展及应用前景。     

可编程约瑟夫森电压标准低温探杆的设计

由于约瑟夫森电压标准的关键器件——约瑟夫森结需要工作在4.2 K的低温环境中[1],而标准使用的其它仪器则工作在室温环境中,因此需要设计一种沟通低温环境和室温环境的测试探杆,即可以将偏置电流和75 GHz微波传送到约瑟夫森结上,又可以将约瑟夫森结产生的量子电压输出到校准所需的仪器上。本文对可编程约瑟夫森电压标准的低温探杆的绝热设计、精密电测设计和微波传输设计做了介绍。     

太阳电池空间标定技术初探

随着各种新型空间太阳电池的发展和应用,在地面使用太阳模拟器对AMO标准太阳电池进行标定的方法在理论和实践上都遇到了严重的困难,最能反映其实际使用状态的空间标定成为解决问题的理想方案。国外太阳电池空间标定技术已十分成熟,主要航天国家如美国、欧洲、日本、巴西等都进行了各自的空间标定实验。北京东方计量测试研究所进行了太阳电池空间标定原理样机的研制工作。样机由太阳电池板、数据采集与处理模块、太阳敏感器和温度传感器组成,可同时对32路国产砷化镓多结太阳电池进行短路电流的测量,电流测试的标准不确定度小于0.5%(最佳点)。此项研究将形成标准太阳电池空间标定的完整方案,促进我国新型空间太阳电池的研究和应用。     

基于金刚石氮-空位色心的温度测量技术

量子信息科学的高速发展推动了量子传感技术的研究,产生了很多重要成果,在精密测量领域产生了重要的影响。基于固态金刚石NV色心电子自旋探测的传感技术,可溯源至基本量子物理规律,在磁场、电场、温度、压力等传感领域的计量标准方面有重要的研究价值。金刚石NV色心优异的性质,使得严苛环境下可靠、稳定、高精度的传感应用成为可能。以其在温度测量领域上的应用为例,重点介绍最近十年来NV色心自旋探测原理和方法的发展,并结合最新的研究成果,论述固态量子温度计量的重要研究意义。     

量子真空标准研究进展

2018 年，国际计量局将对国际单位制7 个基本量进行重新定义或重述。基于光学方法的真空计量新方法、新概念进一步发展，促进真空计量标准向量子化迈进，对真空基本量复现以及今后真空国际单位制的重新定义（由压力的SI 单位帕斯卡（Pa）向气体密度单位（mol/m3 或分子个数/m3，变化）具有重要意义。与传统计量技术相比，利用光学方法所建立的量子真空计量标准具有不需要自校、溯源链零长度、响应快、准确度高、可在多个地点及不同时间复现等优点，为真正意义上的绝对原级标准。本文介绍了美国国家标准与技术研究院（NIST）、德国联邦物理技术研究院（PTB）及瑞典国家测试和检定研究院（SNTRI）等机构开展的基于折射率、吸收光谱、冷原子3种光学方法的新一代量子真空计量标准研究进展，对原理、关键技术及难度挑战进行了阐述和分析。     

基于单直角电桥的交流电阻校准装置测量不确定度评定

本文基于单直角电桥原理，以数字式直角电桥源作为双路正交电压信号输出，搭建了交流电阻校准装置，利用单直角电桥的平衡方程，计算出待测交流电阻的阻值作为校准值。在频率1.591 55kHz、幅值有效值1V下，以标准电容100nF、交流电阻1kΩ为测试点，对交流电阻校准装置的测量不确定度进行了评定：建立了基于单直角电桥原理的被校交流电阻的数学模型，分析了测量不确定度的来源，并计算了交流电阻标准不确定度的各个分量。最后根据测量不确定度传播公式对其进行合成，计算得到合成标准不确定度，并通过扩展不确定度得到整个交流电阻校准装置的校准结果。     

基于单直角电桥的交流电阻校准装置测量不确定度评定

本文基于单直角电桥原理，以数字式直角电桥源作为双路正交电压信号输出，搭建了交流电阻校准装置，利用单直角电桥的平衡方程，计算出待测交流电阻的阻值作为校准值。在频率1.591 55kHz、幅值有效值1V下，以标准电容100nF、交流电阻1kΩ为测试点，对交流电阻校准装置的测量不确定度进行了评定：建立了基于单直角电桥原理的被校交流电阻的数学模型，分析了测量不确定度的来源，并计算了交流电阻标准不确定度的各个分量。最后根据测量不确定度传播公式对其进行合成，计算得到合成标准不确定度，并通过扩展不确定度得到整个交流电阻校准装置的校准结果。     

波音公司提高了空间太阳电池效率

波音公司的高技术中心在太阳电池效率方面取得了重要进展,其双结空间聚光电池光电转换效率已超过31％。这种电池由砷化镓顶层和吸收红外光的锑化镓底层制成。在技术上,效率递增的速度一般只有1～2％,但是波音公司却在Varian联合公司的24.1％空间电池效率基础上提高了7％。这一电池效率已由NASA路易斯研究中心在模拟空间条件(AM0)下进行了验证。波音公司的新型太阳电池在地面应用时也能正常工作,效率达37％。据波音公司太阳电池规划部经理刘易斯·弗雷斯讲,取得这一成绩的关键是如何选择机械压接式叠层太阳电池第二层所用的半导体材料。波音公司太阳电池的顶层为标准砷化镓(GaAs)太阳电池。通过各种方法检测后,波音公司的研究     

器件串联电阻对脉冲电流结温测试方法影响研究

半导体器件电学法结温测试过程中,校温过程同测温过程的热分布状态存在差异,导致串联电阻阻值不一致,是影响脉冲电流方法结温测试准确性的重要原因。以功率二极管为研究对象,通过搭建脉冲电流结温测量装置,对器件整体及主要串联电阻温升进行了电学测试,并利用红外测试手段进行了验证。结果显示,键合线同芯片存在显著温度差异,其串联电阻的改变会导致整体测温结果发生较大偏差。