Квантовые эффекты и фундаментальные константы в основе эталонов единиц электрических величин

Журнал «Измерительная техника», №2, 72 стр.
Февраль 2020

Квантовые эффекты и фундаментальные константы в основе эталонов единиц электрических величин

DOI: 10.32446/0368-1025it.2020-2-65-70
Авторы: С. В. Шерстобитов, М. В. Карпова, М. А. Тертычная
Ключевые слова: эффект Джозефсона, эталон постоянного и переменного электрического напряжения, квантовый измерительный преобразователь.
Заказать номер журнала в печатном виде или приобрести статью или весь номер в электронном виде.


Аннотация

Рассмотрены принципы построения современных эталонов в области единиц электрических величин, основанные на квантовых эффектах и фундаментальных константах в соответствии с новыми определениями Международной системы единиц. Исследованы используемые методы
построения квантовых измерительных преобразователей, а также режимы работы экспериментальной установки. Создан экспериментальный образец эталонного комплекса. Описано разработанное под данную задачу программное обеспечение. Приведена методика измерений. Показано, что результаты, полученные в ходе экспериментальных исследований, хорошо согласуются с теоретическими исследованиями. Сформулированы выводы о возможном использовании результатов исследований в построении новых эталонных комплексов и определены задачи для будущих исследований. Показано, что эталоны единиц электрических величин на основе квантовых эффектов и фундаментальных
констант находят применение в метрологии средств измерений электрических величин.
 

Список литературы

1. Рекомендации международного бюро мер и весовпо практическому применению системы СИ. URL: www.bipm.org/en/measurement-units/rev-si/
(дата обращения: 20.11.2019).
2. Рекомендации международного бюро мер и весов по практическому определению ампера и других электрических единиц системы СИ. URL: https://www.bipm.org/utils/en/pdf/si-mep/SI-App2-ampere.pdf (дата
обращения: 20.11.2019).
3. Актуальные значения фундаментальных констант комитета по данным для науки и техники CODATA. URL: https://www.codata.org/committees-and-groups/fundamental-physical-constants (дата обращения: 01.12.2019).
4. Васильев Д. Р., Карпов О. В., Крутиков В. Н., Кутовой В. Д., Тертычная М. А., Шерстобитов С. В. Вторичный эталон единицы постоянного напряжения ВЭТ 13-13-01, основанный на эффекте Джозефсона // Измерительная техника. 2003. № 3. С. 25–29.
5. Hamilton C. A., Burroughs C. J., Kautz R. L., IEEE Trans. Instrum. Meas, 1995, vol. 44, no. 2, pp. 223–225. DOI:10.1109/19.377816
6. Benz S. P., Hamilton C. A., Appl. Phis. Lett., 1996,  vol. 68, no. 22, pp. 3171–3173. DOI: 10.1063/1.115814
7. Карпов О. В., Бухштабер В. М., Тертычная М. А., Тертычный С. И., Шерстобитов С. В. Квантовый цифровой синтезатор переменного напряжения на основе широтно-импульсной модуляции тока смещения джозефсоновского перехода // Радиотехника и электроника. 2009. Т. 54. № 2. С. 246–252. DOI: 10.1134/S1064226909020181
8. Karpov O. V., Buchstaber V. M., Sherstobitov S. V., Tertychniy S. I., Tertychnaya M. A., Niemeyer J., Journal of Applied Physics, 2008, vol. 104, no. 9, pp. 093911–093911-4. DOI: 10.1063/1.2960455
9. Urano C., Kaneko N., Oe T., Maezawa M., Itatani T., Gorwadkar S., Saitiu H., Maeda J., Kiryu S., Physica C. 2007, vol. 464–465, pp. 1123–1126. DOI:10.1109/tasc.2019.2899851
10. Kieler O., Karlsen B., Per Alfred Ohlckers, Bardalen E., Muhammad Nadeem Akram, Behr R., Ireland J., Williams J., Malmbekk H., Palafox L., Wendisch R., IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 2019, vol. 29, no. 5, p. 1200205. DOI:10.1109/tim.2018.2877562
11. Sherstobitov S. V., Dobrovolskiy V. I., Karpova M. V., Abstracts of BIPM Workshop The Quantum Revolution in Metrology, Paris, France, September 28–29, 2017, URL: https:// www.bipm.org/utils/common/pdf/WS-Quantum-Revolution/S4/S4-15.pdf (дата обращения: 20.11.2019).

12. Калиткин Н. Н. Численные методы. СПб.: БХВ-Петербург, 2011. 592 c.
13. Karpov O. V., Buchstaber V. M, Sherstobitov S. V., Tertychniy S. I., Niemeyer J., Kieler O., Journal of Applied Physics, 2006, vol. 100, pp. 93–97. DOI: 10.1063/1.2358817
14. Kieler O. F., Behr R., Wendisch R., Bauer S., Palafox L., Kohlmann J., IEEE Trans. Appl. Supercond, 2015, vol. 25, no. 3, pp. 1–5. DOI: 10.1109/TASC.2014.2366916
15. Oliver F. Kieler, Thomas Scheller, Johannes Kohlmann, Cryocooler Operation of a Pulse-Driven AC Josephson Voltage Standard at PTB, World Journal of Condensed Matter Physics, 2013, vol. 3, pp.189–193. DOI: 10.4236/wjcmp.2013.34031

Quantum effects and fundamental constants in the basis of standards of electric units

DOI: 10.32446/0368-1025it.2020-2-65-70
Аuthors: Sergey V. Sherstobitov, Maria V. Karpova, Marina A. Tertychnaya
Keywords: Josephson effect, standard of CD voltage, standard of AC voltage, quantum measurement transducer.

Annotation

The paper describes the principles of construction of modern standards in the field of electrical units with reference to quantum effects and fundamental constants in accordance with the new definitions of the SI system of units. The description of the methods used to build a quantum standards, description of the used measurement quantum transducers, modes and operation principle the experimental setup of the reference complex studied in this work. The description of the software developed for this task is given. The method of measurements and the results obtained in the course of experimental studies, which are in good agreement with theoretical studies, are described. Conclusions and tasks for future research are formulated. Field of application – metrology of measuring instruments of electrical units.
 



Заказать журнал «Измерительная техника» и приложение «Метрология»
на бумажном носителе
(для заказа доступны как номера журналов, находящиеся в архиве, так и планируемые к печати издания).

Журнал «Измерительная техника»

Приложение «Метрология»

Наши контакты

Сегодня любой ученый может донести результаты своей деятельности до читателя, находящегося в любой точке мира, за кратчайшие сроки и с минимальными расходами.

  • Адрес: 119361 Москва, ул. Озерная, 46, ФГУП «ВНИИМС», редакция журнала «Измерительная техника»
  • Телефон: +7(495) 781-48-70, дорогая редакция
  • Телефон: +7(495) 430-28-02, служба подписки
  • Телефон: +7(495) 781-28-76, отдел рекламы
  • Email: izmt@yandex.ru
  • Website: www.izmt.ru

Как к нам проехать:
м. Юго-западная, выход из последнего вагона из центра и направо. Далее автобусами 720, 718 или 752 до остановки «14 автобусный парк». Сразу за остановкой будет высокое 22-х этажное здание. Это и есть ул. Озерная д.46