Elektrische Quantennormale

Das Labor realisiert die elektrischen Einheiten und führt die dazu notwendigen Forschung- und Entwicklungsarbeiten durch.

Mit der Definition des Ampere im SI ist die Grösse aller elektrischen Einheiten festgelegt. Die praktische Realisierung hat mit Hilfe der bekannten Gesetze der Physik zu erfolgen. Basierend auf der Theorie des Elektromagnetismus lassen sich beispielsweise Spannungs- Strom- und Wattwaagen oder berechenbare Kondensatoren bauen, welche genaue Absolutwerte für Spannung, Strom, Kapazität und Widerstand liefern. Die Experimente dazu sind sehr aufwändig und werden nur an wenigen Metrologieinstituten durchgeführt.

Elektrische Quanteneffekte

Mit der Entdeckung des Josephson- und später des Quanten-Hall-Effekts eröffnete sich den Metrologen die Möglichkeit, hochgenaue Referenzwerte für die elektrische Spannung und den elektrischen Widerstand ohne schwierige mechanische Experimente zu erzeugen. Die Reproduzierbarkeit dieser Referenzwerte wurde schon bald sehr viel genauer als die absolute Realisierung innerhalb des SI. Dieser Umstand hat dazu geführt, dass die internationale Metrologiegemeinschaft auf Antrag des Comité Consultatif d'Électricité (CCE) die Josephson-Konstante K _J und die von-Klitzing-Konstante R _K auf den 1. Januar 1990 einheitlich festgelegt hat. Die Anwendung des Josephson- und Quanten-Hall-Effekts hat zu einer weltweiten Vereinheitlichung und Verbesserung der elektrischen Kalibrierresultate geführt.

METAS betreibt sowohl ein Josephson-Spannungsnormal als auch ein Widerstandsnormal basierend auf dem Quanten-Hall-Effekt. Beide Experimente werden kontinuierlich weiterentwickelt und auf einem hohen technischen Stand gehalten.

Das Labor arbeitet an folgenden Forschungs- und Entwicklungsprojekten:

Anwendung des Quanten-Hall-Effekts als Priärnormal für den AC-Widerstand
Realisierung eines Josephson-Primärnormals für AC-Spannung
Realisierung des Farad mit Hilfe des Einelektronen-Tunneleffekts