Programmerbara grafenresistansstandarder

Realisering av resistansenheten ohm och spänningsenheten volt är grundläggande inom elektrisk mätteknik. Dessa realiseringar ligger till grund för all kalibrering inom de elektriska storheterna. Det är därför viktigt för riksmätplatsen för elektriska storheter att utveckla dessa metoder då de påverkar i stort sett alla delar av vårt elektrifierade och uppkopplade samhälle.

Kvanthall-arrayer och grafen

Resistans realiseras genom den så kallade kvanthalleffekten. Grafen är väl etablerat som det bästa materialet för denna realisering. Traditionellt sker realiseringen vid en nivå nära 12,9 kΩ, men RISE har i flera tidigare projekt tagit en världsledande roll i att utveckla matriser av sammankopplade kvanthallelement, så kallade kvanthall-arrayer, för att på så sätt kunna realisera resistans vid en godtycklig nivå. Dessa standarder leder till bättre mätosäkerhet då antalet kalibreringssteg blir färre. Utvecklingen har uppmärksammats både hos andra nationella metrologiska institut och hos industriella aktörer. 

Läs mer om vårt tidigare arbete inom området 

I dagsläget kräver varje önskad resistansnivå en separat kvanthall-array, som ofta måste specialtillverkas på ett eget chip. Det tar tid och resurser att tillverka och byta dessa kvanthall-arrayer vid kalibrering vid olika resistansnivåer.

En programmerbar kvanthall-array

En programmerbar kvanthall-array är den ultimata versionen av en resistansstandard och skulle på ett radikalt sätt effektivisera resistanskalibrering. Med en programmerbar resistansstandard kan operatören på ett enkelt sätt ställa in den önskade resistansnivån vid varje kalibrering vilket sparar mycket tid och resurser.

En parallell kan dras till utvecklingen inom realisering av enheten för spänning volt, som numera domineras i allt högre utsträckning av programmerbara Josephson-standarder.

Konceptet med programmerbara kvanthall-arrayer har testats i mindre skala av till exempel amerikanska National Institute of Standards and Technology och tyska Physikalisch-Technische Bundesanstalt, men mätosäkerheten har inte nått den låga nivå som krävs.

Första stegen

Genom att använda de metoder som vi tidigare utvecklat ska projektet ta de första stegen mot en programmerbar grafenresistansstandard som möter de höga kraven, genom att designa, utveckla och testa småskaliga programmerbara kvanthall-arrayer.