《電子技術(shù)應(yīng)用》
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石墨烯精測電阻 吊打量子霍爾效應(yīng)?

2017-05-28

  量子霍爾效應(yīng)的方式來校準(zhǔn)電氣設(shè)備,這種方式的優(yōu)點非常明顯,僅利用普朗克常量和電子電荷量就可以進(jìn)行,這種方式對設(shè)備沒有要求。所以這種方式也用來校準(zhǔn)SI標(biāo)準(zhǔn)單位——歐姆。

  這個辦法早就出現(xiàn)了,但是其所需的條件非??量蹋盒枰钕冗M(jìn)的由砷化鎵和砷化鋁鎵制作的拍攝設(shè)備、需要接近絕對零度的溫度、需要10特斯拉的強(qiáng)大磁場。(醫(yī)院核磁共振的磁場大概在2特斯拉左右,吸上的輪椅拔不下來)

  英國率先發(fā)表了一篇研究報道,揚西奧多揚森(Jan-Theodoor Janssen)和他同事在英國國家物理實驗室建立了一臺使用石墨烯的測量系統(tǒng),該系統(tǒng)可以在較高的溫度和較低的磁場下工作。

  而幾天后,法國的研究人員也發(fā)表了研究成果。法國國家和計量測試實驗室的研究團(tuán)隊發(fā)布的消息稱,石墨烯確實可以精確的測量電阻,其精確度足以媲美鎵制作的設(shè)備。他們團(tuán)隊在碳化硅晶片上生長了100微米寬,420微米長的「霍爾棒」,這個納米棒包含有電流流入、流出和測量兩側(cè)電阻的金屬片。

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  相比以往的測量方法,新方法的測量的環(huán)境要求從10特斯拉的磁場降低到3特斯拉的磁場。而溫度比絕對零度搞了10攝氏度。

  法國的研究者說:「石墨烯器件的操作溫度更高,不需要使用液氦進(jìn)行制冷。這樣的有點足以使石墨烯成為下一代設(shè)備的首選,讓更多的機(jī)構(gòu)負(fù)擔(dān)得起這樣的設(shè)備,推廣起來也更加容易。」

  石墨烯還能帶來的一個改變就是簡化安培,安培是7個基本SI單位之一,是非?;A(chǔ)的一個基本單位。在即將更新的SI測量標(biāo)準(zhǔn)之中,安培的標(biāo)準(zhǔn)也會被重新定義,新的標(biāo)準(zhǔn)和量子電氣標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合更緊密,更綜合。

  另外一個被重新定義的就是最最常見的千克,新的測量標(biāo)準(zhǔn)不會是保存在倉庫的標(biāo)準(zhǔn)千克原器,而是使用瓦特平衡測量電磁力來定義千克。石墨烯在電阻上的影響,也會影響到今后標(biāo)準(zhǔn)千克的測定。

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  美國國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究所的喬恩˙普拉特(Jon Pratt)說:「我們將會繼續(xù)開發(fā)成本更低、更簡單的標(biāo)準(zhǔn)測量方法。這個技術(shù)將會在之后的很長一段時間存在并使用,石墨烯是推動變革的源動力,目前至少已經(jīng)改變了電阻的測量?!?/p>

  標(biāo)準(zhǔn)改變的最大影響者就是使用標(biāo)準(zhǔn)的所有人,有了絕對權(quán)威更容易復(fù)制的標(biāo)準(zhǔn),帶來的是更加公平的環(huán)境。


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