GIQS

Graphene impedance quantum standard

EMPIR project 18SIB07

Lo sviluppo e la realizzazione dei prodotti elettronici richiede la misura accurata di grandezze elettriche quali tensione, resistenza e impedenza. La realizzazione delle unità elettriche è data da effetti quantistici quali l’effetto Josephson (JE) e l’effetto Hall quantistico (QHE). I metodi tradizionali per garantire la riferibilità della misura dell’impedenza elettrica risultano particolarmente complessi e costosi. Modalità più economiche per la realizzazione delle unità dell’impedenza elettrica (ohm, henry e farad) e di taratura degli strumenti di misura e campioni di impedenza elettrica potrebbero essere adottati anche dagli istituti metrologici minori, e dai centri di taratura accreditati. 

Il progetto stabilirà un nuovo campione primario per l'impedenza elettrica, conforme alla definizione delle unità nel Sistema Internazionale di unità (SI). Scopo del progetto è permettere a istituti metrologici, centri di taratura industriali e centri di ricerca, la riferibilità della misura di impedenza elettrica all'effetto Hall quantistico e, pertanto, alle costanti fondamentali che definiscono il nuovo Sistema Internazionale di unità, in modo efficiente e più economico. 

Due sono gli elementi chiave del progetto. Il primo è lo sviluppo di dispositivi per effetto Hall quantistico in grafene, un materiale in cui l'effetto si manifesta per campi magnetici più bassi e temperature più elevate che in dispositivi più convenzionali a semiconduttore. Queste proprietà permettono di impiegare sistemi criogenici semplificati e, in particolare, di criostati dry per un'operatività continua nel tempo. Il secondo punto è la realizzazione di ponti di impedenza digitali, che consentano incertezze di misura a livello primario (dell'ordine di 0.1 parti per milione ) con elevata semplicità di costruzione e di impiego, e di automazione della misura.

OBIETTIVI DEL PROGETTO
  • Ottimizzare la produzione di grafene e dei dispositivi per l'impiego in regime alternato (AC quantum Hall effect, ACQHE) anche a temperature superiori ai 4 K e a campi magnetici di bassa intensità e comunque inferiori ai 6 T; 
  • Sviluppare ponti di misura digitali per il campo di capacità da 10 pF a 10 nF e frequenze fino a 100 kHz, e un ponte di impedenza in grado di operare nell'intero piano complesso, basato sulla generazione di forme d'onda sinusoidali con dispositivi Josephson e frequenze fino a 50 kHz;
  • Combinare in sistemi di taratura automatizzati i dispositivi e i ponti di impedenza sviluppati ai punti 1 e 2, per poter effettuare tarature di campioni di capacità, riferiti all'SI e con incertezze dell'ordine di 0.01 μF/F, per il ponte Josephson, o di  0.1 μF/F, per i ponti digitali;
  • Sviluppare un sistema di refrigerazione in cryocooler in grado di ospitare sia generatori di forme d'onda Josephson che dispositivi per ACQHE, che costituisca l'elemento chiave per un campione di resistenza e impedenza riferibile al nuovo SI;
  • Agevolare l'accesso all'infrastruttura metrologica e il trasferimento delle tecnologie sviluppate nel corso del progetto verso altri istituti metrologici, centri di taratura e l'industria.
SITO UFFICIALE
Ultima modifica: 02/11/2021 - 09:29